世界盃看完了，吃剩的毛豆莢怎麼處理？

最新 07-22

世界盃終於結束了，法國隊最終捧起了大力神杯。熬夜看球，怎麼能少了毛豆這一小菜呢。不過毛豆是吃了，剩下的豆莢你是怎麼處理的呢？別小看了它們，或許它們還能拯救世界呢。哦，拯救世界可能有點誇大，但是，用它們來淡化海水，也許是可能的。

圖片來自網路

我們知道，地球其實是一個「大水缸」，在我們生存的這顆蔚藍星球上，有百分之七十以上被海水所覆蓋。然而，淡水資源卻僅佔大約近3%，陸地淡水只佔總水量的2.53%，其中冰川占陸地淡水的68.69%。也就是說，在這個地球「大水缸」里，我們可以飲用的水，其實只有一湯匙。

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目前在國際上，水已成為世界性的緊缺物資。在我國，人均水資源佔有量僅為世界水平的1/4，全國有一半城市都存在不同程度的缺水現象。

水資源如此緊缺，如果能把那百分之七十的海水利用起來，進行脫鹽處理，轉化成我們可以飲用的淡水，那不就可以大大緩解某些地區淡水資源緊缺、飲水不衛生等關鍵問題了嗎？

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其實，科學家在淡化海水領域早已進行了很多研究和嘗試，目前常用的脫鹽方法包括反滲透、熱蒸發、電滲析和電容去離子等。

其中，電容去離子（CDI）技術不會造成二次污染，同時低能耗、低投資、低運行成本，還可利用可再生能源如太陽能、風能等進行驅動，無疑是一種海水/苦鹹水脫鹽獲取淡水資源的理想技術。

CDI技術的工作原理是：利用在電極材料表面形成的雙電層，來吸附水中帶電荷離子（例如Na+和Cl-），從而達到鹽水淡化的目的。不過，當前廣泛使用的高效碳基CDI電極材料，需要通過石墨烯和碳納米管等這些傳統化石燃料衍生物來製備，這無疑提高了CDI技術大規模生產應用的成本。

如何解決這問題呢？科學家想到了生物質能源。好的，到這兒，就說到我們今天的主角——豆莢了。豆莢就是一種豐富、廉價、可再生的、含天然氮元素的生物質。所以在製備碳材料的同時，也原位引入了吡啶氮、吡咯氮和石墨氮，這將大大提高所得碳材料的電化學性能。

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那麼，豆莢就能直接用來當電極材料嗎？沒這麼簡單，還需要進行「深加工」。日前，中科院合肥研究院固體物理研究所的科研人員就以豆莢作為原料，製備出一種具有多級開放孔結構的「氮摻雜碳材料」（N-doped Porous Carbon, NPC）（如圖1）。

然後，將這個NPC材料處理附加上磺酸官能團，製成磺酸功能化的多孔碳材料（S-NPC），而這個S-NPC材料的表面帶著豐富的負電荷。

圖1 生物質衍生碳材料NPC的形貌和結構表徵

還記得CDI技術的原理么？需要有正負兩級雙電層，來吸附水中帶電荷離子，從而達到鹽水淡化的目的。而以豆莢深加工製備出來的S-NPC材料，就是CDI裝置中的負極，再加上表面帶有正電荷的氨化的活性碳（A-AC），就組裝成一個CDI裝置，這時候就可以進行脫鹽實驗，也就是淡化海水的過程了。下面就是CDI裝置淡化海水的機理示意圖（如圖2）。