리그닌 탄소 나노시트의 CO2 포집 및 태양광 재생

바이오매스 기반 다공성 탄소 흡착제는 높은 CO2 흡착량, 우수한 CO2/N2 분리 성능, 낮은 에너지 재생 능력을 동시에 갖춰 효율적인 탄소 포집에 매우 중요합니다. 본 연구에서는 리그노설폰산나트륨을 탄소 전구체로, 옥살산칼륨 일수화물을 현장 템플릿/활성화제로 사용하여 초박형 리그닌 유래 탄소 나노시트(ULCNs)를 제조하는 원스텝 동시 열분해 전략을 제안했습니다. 이 전략은 2차원 시트형 형태, CO2 크기에 맞는 초미세 기공, 그리고 O/S 함유 극성 사이트의 동시 조절을 가능하게 합니다. 특히 ULCN800은 약 14.6 nm 두께의 느슨하게 적층된 나노시트 구조와 0.362 cm3 g-1의 초미세 기공 부피를 보였습니다. 이를 통해 273 K/1 bar에서 8.85 mmol g-1, 298 K/1 bar에서 5.58 mmol g-1의 높은 CO2 흡착 용량을 달성했으며, 1 kW m-2 조사 하에 빠른 광열 구동 탈착이 가능했습니다. 반면 ULCN600은 극성 표면 작용기의 유지로 인해 298 K/0.15 bar에서 2.03 mmol g-1의 가장 높은 저압 CO2 흡착량과 향상된 CO2/N2 선택성을 나타냈습니다. 이론적 계산 및 상관 분석 결과, 초미세 기공은 고압에서의 CO2 포집 능력과 강하게 연관되어 있으며, O/S 표면 그룹은 저압 친화도 및 선택성에 기여하는 것으로 나타났습니다. 본 연구는 리그닌 유래 탄소에서 기공 구조, 표면 화학 및 광열 특성을 조절하여 저에너지 재생 가능한 CO2 포집을 위한 전략을 제공합니다.