厉害!我国科学家用小龙虾壳制备高性能电极材料,性能优势明显

2020-12-08 16:38   来源: 互联网    阅读次数:3122

小龙虾是人类最常见的食物来源之一。在传统工艺中,大约80%的小龙虾壳变成废物,每年生产大约100000吨小龙虾壳。


一方面,随意处置或填埋自然界中的小龙虾壳会导致环境污染。另一方面,妥善处置这些废物的成本可能很高--例如在澳大利亚,每吨高达150美元。


入侵物种


值得注意的是,小龙虾壳含有三种基本成分,即蛋白质(20%≤30%)、碳酸钙(30%≤40%)和甲壳素(20%≤30%)。此外,还发现了一些次要成分,包括脂类、虾青素和其他矿物质。越来越多的研究人员重视合理利用丰富的小龙虾壳资源。


从龙虾壳中提取有用的化学物质是一种很有吸引力的环保方法。例如,小龙虾壳的主要成分甲壳素作为淡水小龙虾综合利用的主要产品,在日常化学、医药、食品加工等领域得到了广泛的应用。


将小龙虾壳转化为功能材料是回收废物的另一种途径。近年来,一些学者利用小龙虾壳破碎和小龙虾壳生物炭去除废水中的重金属离子,结果表明,具有天然特殊结构的小龙虾壳粉和小龙虾壳生物炭具有很强的去除重金属离子的能力,选用合适的材料对龙虾壳进行生物炭改性,可以有效地提高小龙虾壳生物炭的吸附能力。此外,根据龙虾壳的材料结构和功能特性,合成了一系列可用于解决全球挑战的功能材料。


近几十年来,龙虾壳及其衍生物的巨大应用潜力越来越受到人们的关注。


在几天前发表在国际知名杂志"碳"上的一篇论文中,中国科技大学的科学家们在小龙虾壳的分离和应用方面取得了最新进展。


学校的研究小组采用了一种新的方法,把厨房垃圾中的小龙虾壳合成成一种高性能的电极材料,把废物变成珍宝真是太棒了!


据报道,中国科学技术大学工学院热科学与能源工程系朱锡峰教授提出了一种"利用废弃生物质制备高性能超级电容器电极材料"的新方法,利用农林废弃物热解得到的重油和厨房废弃物中的小龙虾壳,通过简单的合成,可以制备出高性能超级电容器电极材料。


在题为"Areviewonconversionofcrayfish-shellderivativestofunctionalmaterialsandtheirenvironmentalapplications",的论文中,首先介绍了小龙虾壳主要成分的典型分离方法,并将其转化为功能碳基材料,综述了生物炭在小龙虾壳和典型改性小龙虾壳的吸附、抗菌和电化学方面的应用。

入侵物种

一般来说,小龙虾壳中主要含有20%≤30%甲壳素、30%≤40%蛋白质、30%≤40%碳酸钙以及脂类、虾青素和其他矿物质(表1)。提取这些成分的方法很多。


在生物模板碱活化法的基础上,以小龙虾壳为辅助原料,以重油为原料,成功地合成了超高比表面积、高孔容、适宜氧原子含量的层状多孔炭。


同时,研究了活化温度对层状多孔碳原子含量的影响,优化了制备高性能超级电容器电极材料的工艺条件。


结果表明,与现有电极材料相比,朱锡峰教授研制的层状多孔炭在超级电容器性能测试中具有工作电压宽、能量密度高等明显优点,可应用于包括电动汽车在内的许多应用领域。


碳材料以其孔径大、比表面积大、电导率高等优点在吸附、催化和储能等领域得到了广泛的应用。龙虾壳转化为碳材料的过程简单,可用于处理大量小龙虾壳废料。迄今为止,小龙虾壳废料已被用于制备富含钙的生物炭、掺氮多孔碳和碳点等碳材料。




责任编辑:萤莹香草钟
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