분자 수준으로 구속된 의약 화합물과 이산화탄소(CO2) 간의 상호작용은 기존 물리 흡착을 능가하는 CO2 포집 능력을 보여줄 수 있습니다. 본 연구는 친수성 및 소수성 실리카 에어로젤에 메페남산과 플루페남산 같은 페나메이트를 담지하여 CO2 포집 특성을 조사했습니다.
CO2 포집 후 잔류 CO2의 열 안정성은 승온 산화 및 승온 탈착 측정으로 분석했습니다. 동시에 질소 흡착 측정을 통해 다공성 매트릭스의 겉보기 표면적 변화를 모니터링했습니다.
미처리 실리카 에어로젤은 고온에서 유의미한 CO2 탈착 피크를 보이지 않았습니다. 그러나 페나메이트를 함유한 모든 복합체는 약 225 °C부터 시작되는 추가적인 고온 탈착 단계를 나타냈으며, 이는 외부 CO2 층 제거 후 CO2 포집이 강화되었음을 시사합니다. 이러한 특성은 예비 열처리 후에도 유지되어 잔류 휘발성 물질에 의한 것이 아님을 보여줍니다.
표면적 측정 결과, CO2 순환 후 원본 에어로젤은 최소한의 변화를 보인 반면, 플루페남산을 포함한 복합체는 더 뚜렷한 변화를 나타냈습니다. 이는 나노구속, 표면 의존적 계면 현상, 그리고 페나메이트 함유상과의 특정 상호작용이 복합적으로 작용한 결과로 해석됩니다. 가역적 화학적 상호작용이 관찰된 포집에 기여할 수 있으나, 현재 측정으로는 물리적 구속 효과와 정량적으로 분리하기 어렵습니다.
고성능 CO2 흡착과 저온 재생이 가능한 바이오 숯 개발은 탄소 포집 기술을 저탄소 순환 바이오 경제에 통합하는 데 필수적이다. 본 연구에서는 기계적 압축 보조 KOH 활성화를 통해 5가지 농업 잔여물로부터 태양광 반응형 바이오 숯을 제조했다. 다중 기술 특성 분석과 피어슨 상관관계 분석을 통해 전구체 조성, 기공 구조, 표면 화학, 그리고 CO2 포집 및 재생 성능 간의 상관관계를 규명했다.
헤미셀룰로스와 리그닌이 풍부한 전구체는 0.7 nm 미만의 초미세 기공과 산소 작용기 발달에 유리하며, 이는 CO2 포집 성능을 시너지 효과로 제어한다. 밀짚 유래 바이오 숯 WS600-3T는 가장 높은 초미세 기공 부피와 N/O 함량을 보였으며, 0°C 및 25°C(1 bar)에서 각각 6.71 및 4.44 mmol·g−1의 CO2 흡착 용량을 나타냈다.
1 sun 조사 하에서 바이오 숯 표면 온도는 41분 이내에 48.8–63.1°C까지 상승했다. 높은 통합 태양광 흡수 능력을 가진 유채박 유래 RSC600-3T는 약 90%의 CO2 탈착률을 달성했다. 한편, WS600-3T는 25°C에서 가장 높은 탈착량(3.04 mmol·g−1)을 제공하여 흡착 용량과 재생 효율 간의 균형이 우수함을 입증했다.
결론적으로, 전구체 조성 프로그래밍 설계는 고용량 CO2 포집 및 저에너지 재생이 통합된 태양광 반응형 바이오 숯을 개발하는 효율적인 경로임을 보여주었다. 이는 태양광 구동 연소 후 CO2 저감을 위한 기능성 흡착제로서 농업 잔여물의 고부가가치 활용을 위한 지침 전략이 될 수 있다.
