바이오매스 기반 CO₂ 흡착제 개발

목재 폐기물 처리의 환경 문제와 기존 화학 활성화의 한계를 극복하기 위해, 본 연구는 리그노셀룰로스 바이오매스를 효율적인 CO₂ 흡착제로 전환하는 지속 가능한 전략을 제시합니다. 소나무를 KOH, K₂C₂O₄ 및 이들의 혼합물(1:1~1:4 질량비)로 800°C에서 활성화하여 다공성과 표면 화학을 최적화했습니다. 바이오매스:KOH:K₂C₂O₄의 1:2:2 혼합 활성화 조건에서 BET 표면적 2029 m²/g, 총 기공 부피 1.028 cm³/g, 미세 기공 부피 0.923 cm³/g (N₂ 기준) 및 0.156 cm³/g (CO₂ 기준)의 최적 물성을 얻었습니다. KOH 단독 활성화 탄소(1:1)는 0°C에서 9.65 mmol/g, 25°C에서 5.95 mmol/g의 최고 CO₂ 흡착량을 보였는데, 이는 초미세 기공 발달에 기인합니다. 반면, K₂C₂O₄ 유도 샘플(1:4)은 낮은 흡착량(0°C에서 8.79 mmol/g)에도 불구하고 좁은 기공과 높은 표면 극성 덕분에 우수한 CO₂/N₂ 선택성(5% CO₂, 1 bar에서 >21)을 나타냈습니다. XRD, FTIR, XPS 등 분석을 통해 난층 탄소 구조, 풍부한 산소 작용기, 스펀지 형태가 확인되었습니다. 등열 흡착열은 26–36 kJ/mol로 강한 물리 흡착을 시사했습니다. Grand Canonical Monte Carlo 시뮬레이션은 서브 나노미터 기공과 카르보닐이 풍부한 표면이 CO₂ 친화도를 높임을 입증하여 실험 결과를 뒷받침했습니다. 본 연구는 K 기반 활성화 전략을 포괄적으로 비교하며, 혼합 활성화가 CO₂ 포집용 고성능 다공성 탄소를 위한 확장 가능하고 덜 가혹한 경로임을 보여줍니다.