甘蔗渣的春天：從垃圾變成碳量子點

材料牛注：甘蔗在制糖后會產生大量的廢渣，這種廢渣難以利用而且污染環境。但近期，印度研究者發現它可用來制備高熒光碳量子點，迎來了甘蔗渣的春天。

圖示甘蔗渣轉變成碳量子點的流程：1、切碎，2、干燥，3、燃燒成灰，4、配成有機溶液，5、提取，6、聲波降解，7、離心獲得碳量子點。

從英國到墨西哥，許多國家正在考慮通過征收糖稅來減少糖的消費以及控制住“全球肥胖癥”。2014年，大約6億人，差不多是美國人口的兩倍，屬于肥胖人群。今年早些時候，世界衛生組織就將該問題歸結于高糖消費，特別是消費含糖飲料。

與此同時，糖類行業協會和甘蔗種植戶則發出警告，如果國家抑制公民消費糖類商品，巨大的失業群體將隨之產生。如南非的糖類行業表明，正在擬定中的糖稅將導致削減至少6萬個職位。

四月份，Applied Surface Science報道了印度研究者發現的甘蔗渣新用途，即將其用作制備高熒光碳量子點的原料。這種對甘蔗渣的再利用，不僅減少了農業垃圾對環境的污染，而且給農民提供了新的收入來源。

研究論文的共同作者、印度欽奈馬德拉斯大學國家納米科學和技術中心副教授Ravi Shankaran Dhesingh博士說道：“我們開發了一種簡單有效且低成本的從甘蔗渣中合成高熒光碳量子點的方法。”

碳量子點是4nm的微小顆粒，大約一個針頭就擁有1100億個碳量子點，超過了整個銀河系星星的總數。

因為碳量子點能夠發光并且無毒，因此它可用作生物傳感器、發光二極管，甚至人體藥物運輸載體。比如，有研究者將含碳量子點的液體注射到人體中，以便從人體內部觀察人體影像。

這項研究顯示了一種生產多功能納米顆粒的新方法。首先將甘蔗渣切分成小塊并日曬六天進行干燥；再將干燥的甘蔗渣燃燒成灰，最后使用化學方法使其氧化并剝離。

Shankaran表示：“這種方法不僅生產了有用的新物質，還消除了對環境的污染。全球有超過90個國家生產甘蔗，相應地，也產生甘蔗渣。“每年全世界各地會產生大量的農業廢棄物——谷殼、甘蔗渣和椰子皮，都遠遠沒有得到充分利用。”

為了制糖，機器會擠壓甘蔗桿以釋放其中的糖汁。這些汁在干燥和結晶之后，就變成了糖，但是工廠每榨3噸甘蔗就會生產1噸甘蔗渣。

人們對甘蔗渣的利用已經作了很多嘗試，但它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濕而不適合。“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補充說道，“納米技術是提供機會將這些廢棄物高效能利用并創造新材料的最新領域。隨著甘蔗種植的利潤正在減少，納米材料技術為環境和產業提供了雙贏的解決方案。這向功能納米材料轉換為固體廢物管理和新材料生產提供了一條新途徑。”

值得一提的是甘蔗渣生產的碳量子點和用其他方法制成的性能一樣良好。在該研究中表明，它們像其他碳量子點一樣具有熒光特性和生物相容性。

Shankaran總結道：“當糖在全世界失寵時，甘蔗渣成為有用的商品。這種將農業廢棄物轉換為可再生和可持續的資源可謂是‘變廢為寶’又一成功典范。”

原文鏈接： Researchers Pioneer Alternate Use for Sugarcane Waste.

文獻鏈接：Green synthesis of highly fluorescent carbon quantum dots from sugarcane bagasse pulp.

本文由材料人編輯部丁菲菲提供素材，吳雙平編譯，丁菲菲審核，點我加入材料人編輯部。

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