국립공주대학교(총장 임경호)신소재공학과 송성호 교수 연구팀과 순천대 화학공학과 심왕근 교수 연구팀은 바이오매스를 활용하여 초 미세기공이 발달한 나노구조체 제조 기술을 개발하여 친환경/고성능 이산화탄소(CO2) 포집 시스템에 성공적으로 응용했다고 밝혔다.

지구온난화에 따른 이산화탄소 포집 및 활용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 기존의 다공성 탄소 소재는 입자 크기가 균일하지 않아 기상 및 액상 물질 포집에 어려움이 있다.

본 연구에서는 목재 기반 바이오매스를 일련의 탈리그닌화, 탄화 및 활성화 과정을 통하여 균일한 초미세기공을 지닌 3D 그래핀 나노구조체 제조 기술을 성공적으로 개발하였으며, 3D 그래핀 나노구조체는 탈리그닌화된 단일체가 셀룰로오스 기반의 판상 구조로 잘 연결되어 있으며 활성화 공정을 통해 고도로 결정화되어 상호 연결된 그래핀 기반 다공성 3D 네트워크가 형성되었습니다.

특히, Act. 1000 샘플은 1480 m2/g의 비표면적과 0.581 cm3/g의 기공부피를 나타내었으며, 전체기공의 90% 이상이 3.5−11 Å 에서 형성되어 초 미세기공이 잘 발달했음을 확인할 수 있었으며, 이를 상온(298.15 K)/상압(110 kPa) 조건에서 6.934 mol/kg의 높은 CO2 포집 성능을 관찰되었다. 이러한 연구 결과는 이 바이오매스 유래 3D 구조체가 온실가스 분리 응용에서 단일체 흡착제로서의 잠재력을 지니고 있으며, 이산화탄소 이외에 대기 및 수처리 환경 분야에서도 응용 가능성이 높을 것으로 기대된다"라고 밝혔습니다.

이 연구성과는 미국화학회 (ACS)가 발행하는 나노？재료 분야의 권위있는 국제 학술지 ACS Applied Materials & Interfaces ( Impact factor: 10.38 )에 Cover Page로 게재됐다. (논문명: An Ultramicroporous Graphene-Based 3D Structure Derived from Cellulose-Based Biomass for High-Performance CO2 Capture) /원문출처: https://doi.org/10.1021/acsami.4c05600