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    咖啡渣变身海洋防污“卫士” | 科技前线

    放大字体  缩小字体 发布日期:2025-02-08 17:15:00   浏览次数:73  发布人:9232****  IP:124.223.189***  评论:0
    导读

    随着我国海洋资源开发的加速推进,生物污损问题已成为海洋环境与经济发展面临的挑战。中国科学院海洋研究所通过绿色合成方法,成功制备出一种以咖啡渣为原料的多孔泡沫结构二氧化铈(CeO2)光催化剂。这种天然植物源催化剂能够有效杀灭细菌,进而实现绿色长效防治海洋生物污损。▲泡沫状CeO2与球状CeO2光催化杀菌示意图01海洋腐蚀的“隐形推手”海洋腐蚀对海洋装备设施的服役安全性和使用寿命构成了严重威胁。生物污

    随着我国海洋资源开发的加速推进,生物污损问题已成为海洋环境与经济发展面临的挑战。

    中国科学院海洋研究所通过绿色合成方法,成功制备出一种以咖啡渣为原料的多孔泡沫结构二氧化铈(CeO2)光催化剂。这种天然植物源催化剂能够有效杀灭细菌,进而实现绿色长效防治海洋生物污损。


    ▲泡沫状CeO2与球状CeO2光催化杀菌示意图

    01

    海洋腐蚀的“隐形推手”

    海洋腐蚀对海洋装备设施的服役安全性和使用寿命构成了严重威胁。生物污损作为海洋腐蚀的“隐形推手”,通过多种机制加速了材料的腐蚀进程。

    生物污损会改变材料表面氧气浓度分布,形成氧浓差电池,进而引发氧化反应,加速腐蚀。污损生物产生的腐蚀性产物会侵蚀金属基体,破坏保护涂层,使金属暴露于腐蚀环境。更为严重的是,污损生物还会改变局部环境条件,进一步加速金属腐蚀,显著缩短海洋设施使用寿命。

    02

    咖啡渣“变废为宝”

    研究团队发现,废弃咖啡渣在80℃条件下提取的产物——帕拉黄嘌呤、可可碱和茶碱三种同分异构体,均含有活泼的-NH键。这些产物具有作为高效还原剂和封端剂的潜力,可用于辅助合成具有特殊形貌的CeO2催化剂。

    秉持“变废为宝”理念,研究团队对废弃咖啡渣进行了创新性开发。

    通过深度萃取,研究团队获得了咖啡渣中的有效产物,并将其作为还原剂和封端剂,与六水硝酸铈反应生成中间产物。随后,在100℃下进行脱硝去水处理,形成凝胶状的Ce(OH) 3。经过高温煅烧,产物以CO 2、NO 2和H 2O的形式逸出,最终合成具有多孔泡沫状结构的CeO2。

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    ▲泡沫状CeO2的合成示意图

    与传统合成方法相比,该CeO2在比表面积和孔隙率等方面优势显著。其大比表面积为化学反应提供丰富活性位点,利于细菌吸附;多孔结构提升可见光利用效率,高效转化太阳能为化学能,为光催化反应提供强大动力。

    对光催化杀菌性能深入探究后,研究团队发现多孔泡沫状CeO2在光激发活性氧响应和活性方面表现极为出色,远超其他同类材料。

    03

    绿色合成开启 “防污大门”

    为了验证咖啡渣制备的CeO2的杀菌效果,研究团队测试了其在液相环境下的光催化杀菌性能。结果表明,该多孔泡沫状CeO2对革兰氏阳性菌和阴性菌均有较高的催化杀灭效果。目前,该催化剂已完成实验室防污试验,研究团队正在开发用于海洋工程装备的防污涂料。

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    ▲CeO2对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和(c)铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)的抗菌性能测试

    这一成果不仅为光催化海洋防污涂料的开发提供了绿色、高效且具有工业化潜力的新方法,还显著减少了环境污染和生产成本,为绿色防污涂料的研发奠定了坚实基础,展现出重要的科学价值和广阔的应用前景。

    未来,研究团队将继续优化合成过程,并致力于将泡沫多孔型光催化剂应用于防污防腐涂料的开发,以期研制出可用于实际海工设备设施的绿色长效海洋防污涂料。

    来源:中国科学院海洋研究所

    责任编辑:王颖


     
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