印度科學家用甘蔗渣制碳量子點—新聞—科學網

2020-12-04 科學網

 

從英國到墨西哥，許多國家在考慮通過徵收糖稅來減少糖的消費以及抑制全球肥胖流行病。2014年，大約6億人，差不多也是美國人口的兩倍，屬肥胖人群。今年早些時候，世界衛生組織就將問題指向了糖的高消費，特別是含糖飲料。

同時，糖類行業協會和甘蔗種植者則發出警告，如果國家不鼓勵自己的公民消費糖類，巨量的失業將隨之而來。例如，南非的糖類行業就稱，仍在擬定中的糖稅將導致削減至少6萬個職位。

但是現在，印度研究者已經發現了一種甘蔗的新使用方法，即將其作為高螢光碳量子點的來源。這種對甘蔗渣的替代利用，不僅僅減少了汙染環境的農業廢棄物的數量，而且給農民提供了新的收入來源。

「我們開發了一種簡單有效且低成本的從甘蔗渣中合成高螢光碳量子點的方法。」研究論文的合著者、印度欽奈馬德拉斯大學國家納米科學和技術中心副教授Shankaran Dhesingh博士說。

因為碳量子點能夠發光並且無毒，因此它們被作為生物傳感器、發光二極體利用，甚至在人體內傳送藥物。比如，有研究者將含碳量子點的液體注射到人體中，以便從人體內部看到圖像。

該研究展示了一種新的生產這些萬能納米顆粒的方法。一開始，研究團隊將甘蔗渣切分成小塊並在太陽下放六天以曬乾；在將乾燥的甘蔗渣燃燒後，使用化學方法使其氧化並剝離。

這種方法不僅生產了有用的新物質，還將農業廢棄物從環境中移走。超過90個國家生產甘蔗，相應地，也產生甘蔗渣。「大量的農業廢棄物——穀殼、甘蔗渣和椰子皮，每年都在全世界各地產生，卻遠遠沒有得到充分利用。」Shankaran博士說。

為了製糖，機器會擠壓甘蔗杆以釋放其中的糖汁，這些汁在乾燥和結晶之後，就變成了糖。但是，工廠每榨3噸甘蔗就會生產1噸甘蔗渣。

儘管人們對甘蔗渣的利用已經作了諸多嘗試，但這是一種很難加以利用的原料。它不適合造紙，因為它是多纖維的；它經常被用作生物燃料，但約有一半的廢渣因為太溼而不適合。「無論是農業、食品、家庭或工業，固體廢物的轉化都是重要的研究領域。」Shankaran博士解釋說，「納米技術是提供機會將這些廢棄物高效能利用並創造新材料的最新領域。」

考慮到甘蔗種植的利潤正在減少，納米材料為環境和產業都提供了解決方案。「向功能納米材料轉換提供了一條固體廢物管理和新材料生產的新途徑。」Shankaran博士補充說。

重要的是，這些甘蔗渣生產的碳量子點和那些用其他方法製成的同樣表現良好。該研究表明，它們像其他碳量子點一樣具有螢光特性和生物相容性。

當糖在全世界失寵時，甘蔗渣正成為有用的商品。「這種農業廢棄物是可再生和可持續的資源，將成為『廢物變財富』有前途的案例。」Shankaran說。（胡璇子編譯）

相關焦點

  • 2019年全國量子力學年會召開—新聞—科學網
  • 怎樣製備碳量子點_碳量子點的製備
    什麼是碳量子點 物質的許多性質取決於物質中活潑電子的狀態，而電子狀態取決於電子所處的空間勢能，隨著物質尺寸的降低，電子的運動受到限制，按照電子受限的空間維數，將物質分為如圖1所示塊體、量子阱、量子線和量子點。
  • 高效量子點上轉換探測器製備成功—新聞—科學網
    高效量子點上轉換探測器製備成功
  • 玻璃中的鈣鈦礦量子點:光信息存儲又出「新星」—新聞—科學網
    「這項工作中，我們利用飛秒雷射首次實現了在透明玻璃中可控析出鈣鈦礦量子點並將其三維圖案化。」董國平說道。 光照擦除，加熱恢復 論文的第一作者、華南理工大學材料科學與工程學院博士生黃雄健告訴《中國科學報》，得益於玻璃的保護，鈣鈦礦量子點可以穩定存在於玻璃中。
  • 碳量子點的主要應用
    碳量子點的研究引起了國內外學者的廣泛關注，近年來更是掀起了以天然物質為碳源製備碳量子點的研究熱潮。 碳基納米點簡稱碳點，如圖1所示，可分為石墨烯量子點、碳量子點、聚合物點。碳量子點是由分散的類球狀顆粒組成，尺寸在10nm以下，具有螢光性質的新型納米碳材料。2004年，XU等首次在電泳法製備單壁碳納米管的純化過程中製備出一種具有尺寸相關的螢光性質的碳材料。SUN等在2006年通過表面鈍化合成了具有增強螢光發射效應的螢光納米顆粒，並將其命名為碳量子點。
  • 完美單光子源「助力」量子精密測量—新聞—科學網
    量子信息科學的發展，為精密測量技術提供了新的物理資源。單光子源是光量子信息技術中的關鍵器件，不僅可以應用於量子通信、量子計算，也是量子精密測量的重要資源。量子精密測量中的一個重要方向，是減少由於探測有限粒子而引起的統計漲落——散粒噪聲。 壓縮態是壓制散粒噪聲的另一量子資源。
  • 碳量子點的簡單介紹
    碳量子點（Carbon Quantum Dots）是繼碳納米管、納米金剛石和石墨烯之後又一種新型碳納米功能材料，其粒徑一般小於10nm，且表面經過有機物鈍化處理後具有與傳統半導體量子點相媲美的螢光性能
  • 碳(矽)量子點助力植物光合作用
    得益於非重金屬螢光量子點的光學特性，通過調控其發光特性，可以將其作為光捕獲劑應用於植物光合作用上。雷炳富、劉應亮團隊自2013年起嘗試將不同螢光性能的碳、矽量子點作為光捕獲劑，通過拓寬植物光合作用的有效吸收光譜範圍，提高植物光合作用的光能利用率，至今取得一些初步結果，展現出此類螢光量子點在農業應用上的廣闊前景。
  • 碳量子點與環境介質的相互作用研究取得進展
    近日，中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所副研究員李家星課題組與固體物理研究所研究員王賢龍合作通過理論與實驗的方法，對碳量子點的環境行為進行研究
  • 碳量子點的合成、性質及應用
    由於傳統的半導體量子點和有機染料在生產的過程中使用重金屬，因此具有較高毒性，限制了其進一步應用。與傳統半導體量子點相比，碳量子點不僅具有類似於傳統量子點的發光性能與納米尺寸特性，而且具有很好的水溶性、化學惰性、易功能化、高耐光漂白、低毒性和良好的生物相容性等特性，因此在不同研究領域獲得了廣泛關注，同時也代表發光納米粒子研究進入了一個新的階段。
  • 用甘蔗和竹子製成的餐具60天就能分解—論文—科學網
    科學家設計了一套由甘蔗和竹子製成的「綠色」餐具，它不會犧牲便利性和功能性，並有可能成為塑料杯子和其他一次性塑料容器的替代品。
  • 「量子加密智慧型手機」真來了—新聞—科學網
    其一，SK電訊多年前就曾布局量子通信相關技術，並在2018年以收購超50%股權的方式成為瑞士量子密碼通信企業ID Quantique的控股方。三星公司完善的工業積累與SK電訊在量子隨機數生成晶片上的技術準備，為這款量子加密智慧型手機的誕生打下了基礎。 其二，量子隨機數技術應用了量子特性，其隨機性是通過「量子不可測量原理」而來的，因此量子隨機數屬於「真隨機數」。
  • 還在吐槽量子針灸?!你太孤陋寡聞了…… —新聞—科學網
    「結果顯示，患者的疼痛將會在自身相應腧穴出現壓痛點，在直系親屬（被針刺者）的同一腧穴也會出現壓痛點，且統計顯示呈正相關，經過針刺治療後，所有的痛證均有減輕，其中4例患者疼痛即刻消失。」 作者還友情提示，相關研究報導將在《中國針灸》2018年1期發表。
  • 科學家發文探討碳一分子溫和條件下催化轉化—新聞—科學網
    甲烷、一氧化碳、甲醇等碳一分子的催化轉化在碳基能源中發揮著重要作用。
  • 碳量子點材料,未來可期!
    碳量子點材料具有綠色環保，水溶性和導電性好以及生物毒性低等優勢，近年來在納米電子學、光學、催化化學、生物醫學以及傳感器等領域都有較好的應用前景。目前，國家重點研究發展計劃將納米研究和量子調控作為重大科研計劃。碳量子點材料的發展，未來可期！
  • 文小剛:量子革命是最不可思議的物理革命—新聞—科學網
    凝聚態理論物理學家、美國麻省理工學院終身教授、美國科學院院士文小剛的答案是：「我們生活在量子計算機裡面。量子信息是真實的，而所看到的各種物質、人，都是量子信息的虛擬反映。」 7月23日，文小剛（文小剛科學網博客地址：http://blog.sciencenet.cn/u/xgwen）做客中國科學院物理研究所，帶來了一場題為《物理的新革命——量子信息：物質和相互作用的起源》科普報告。
  • 大氣氮沉降提高我國毛竹林生態系統固碳能力—新聞—科學網
    由於人類工農業生產活動的快速發展造成的大氣氮沉降量激增，已成為全球環境變化中突出的科學問題，科學家預測今後幾十年內熱帶亞熱帶地區將成為全球大氣氮沉降最嚴重的區域，而我國南方地區已成為世界三大氮沉降中心之一，並呈現出進一步加重的趨勢。
  • 一步合成發光碳量子點方法建立
    5納米左右的親油性和親水性的碳量子點，發光量子效率（QY）分別為61%（已與半導體量子點相當）和47%，具有明顯的激發波長依賴的發光特性。近日，該研究組有關碳量子點的系列成果以通訊形式發表在國際期刊《先進材料》上。 近兩年，碳量子點成為研究熱點。與先前的蜂房結構納米碳相比，碳量子點具有優越的發光性能；與半導體量子點相比，碳量子點發光更穩定、易於功能化和工業化、無毒、製備簡單廉價，預期將給發光材料、光電器件、綠色環保、生物醫學等領域帶來新的發展空間。
  • 石墨烯「摺紙術」了解一下—新聞—科學網
    「摺紙術」是一種把紙張折出各種特定形狀和花樣的藝術。人們通過精妙的手法，能夠把一張簡單的紙變換出各種各樣的三維結構。 這種遊戲不但小朋友喜歡玩，科學家也樂在其中。受到這項藝術的啟發，摺疊操縱經常被巧妙地用在很多科學技術前沿領域，用來構築形狀與功能各異的結構、器件甚至機器。比如，在生物學領域，生物學家可以將DNA單鏈摺疊成複雜的二維形狀。
  • 科學家建立碳四禾穀類研究的模式植物體系—新聞—科學網
    模式植物擬南芥、xiaomi和穀子遺傳轉化流程圖         中國農科院供圖 近日，中國農業科學院作物科學研究所與山西農業大學等單位合作，利用迷你穀子構建碳四（C4）禾穀類作物研究的模式植物體系