炭素捕獲におけるセルロース、セルロース誘導体、ナノセルロースの新たな応用に関するレビュー

CO2選択的材料が低コストで豊富に利用可能である場合にのみ、炭素キャプチャを大規模に実装できます。持続可能な要件も上昇して以来、低コストおよび生分解性のセルロース材料が最近CO2選択的吸着剤および膜に開発されています。CO2選択的吸着剤および膜としてのセルロース、セルロース誘導体、およびナノセルロースの応用については、ここでレビューされています。製造および修正戦略については、CO2分離パフォーマンスを比較することに加えて説明します。セルロースナノフィブリル（CNF）およびセルロースナノクリスタル（CNC）は、セルロースから分離されたもので、機械的強化のための大きな表面積と、修飾用の多数のヒドロキシル基があります。大きな表面積を持つナノセルロースエアロゲルは、CO2に対する選択性を改善するために化学的に修飾されました。表面積の減少にもかかわらず、アミノ官能化ナノセルロースエアロゲルは、2mmol/gを超える容量でCO2の満足のいく化学吸着を記録しました。シリカ、ゼオライト、MOFなどの無機フィラーをナノセルロースエアロゲルにさらに組み込み、表面積を増加させることによりCO2の物理吸着を強化しました。セルロースとセルロース誘導体から発生したCO2吸着剤はあまり報告されていませんが、CO2分離膜の構成要素としての応用は長い間研究されていました。セルロース酢酸膜はCO2分離のために商品化されましたが、シランまたは無機フィラーでは分離性能がさらに改善される可能性があります。CNCとCNFSは、膜上のポリビニルアルコールコーティングを通じてCO2選択性と浸透性を高めましたが、MOFSに組み込まれたCNF膜のみがこれまで調査されました。これらの膜の一部はロベソンプロットの上限を上回りましたが、それらの安定性をさらに調査する必要があります。

Carbon capture can be implemented at a large scale only if the CO2 selective materials are abundantly available at low cost. Since the sustainable requirement also elevated, the low-cost and biodegradable cellulosic materials are developed into CO2 selective adsorbent and membranes recently. The applications of cellulose, cellulosic derivatives and nanocellulose as CO2 selective adsorbents and membranes are reviewed here. The fabrication and modification strategies are discussed besides comparing their CO2 separation performance. Cellulose nanofibrils (CNFs) and cellulose nanocrystals (CNCs) isolated from cellulose possess a big surface area for mechanical enhancement and a great number of hydroxyl groups for modification. Nanocellulose aerogels with the large surface area were chemically modified to improve their selectivity towards CO2. Even with the reduction of surface area, amino-functionalized nanocellulose aerogels exhibited the satisfactory chemisorption of CO2 with a capacity of more than 2 mmol/g was recorded. Inorganic fillers such as silica, zeolite and MOFs were further incorporated into nanocellulose aerogels to enhance the physisorption of CO2 by increasing the surface area. Although CO2 adsorbents developed from cellulose and cellulose derivatives were less reported, their applications as the building blocks of CO2 separation membranes had been long studied. Cellulose acetate membranes were commercialized for CO2 separation, but their separation performance could be further improved with silane or inorganic filler. CNCs and CNFs enhanced the CO2 selectivity and permeance through polyvinyl alcohol coating on membranes, but only CNF membranes incorporated with MOFs were explored so far. Although some of these membranes surpassed the upper-bound of Robeson plot, their stability should be further investigated.