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它味道鲜美,蒜蓉或清蒸,爆炒或煮汤,无不让人胃口大开;它生命力顽强,易于大量人工养殖,从北方到南方的海岸线上都能找到它的身影;它还有很多名字,有人叫它青口,有人叫它淡菜,还有人叫它海虹。其实,它就是贻贝。
贻贝。图片来源于网络
今天要谈的不是美食,我们来谈谈美食带来的问题。吃货都知道,贻贝虽然好吃,但肉不多,一大盘贻贝上桌来,吃完还要再倒掉一大盘贻贝壳。这还只是餐厅之中的消费,工业化的食品加工会产生数量惊人的贻贝壳废物。贻贝壳的主要成分是碳酸钙,非常坚硬,自然环境中降解起来比较困难,处理起来很让人头痛。如果能够实现贻贝壳的有效废物利用,可有利于降低垃圾处理的压力,同时符合循环经济的理念。
当前其实已经有不少贝壳废物利用的技术,近期加拿大纽芬兰纪念大学的Francesca M. Kerton等人却意外的发现了一种将“硬”贻贝壳变为“软”海绵的新方法。在温和的条件下,可将坚硬的蓝色贻贝壳制成的一种海绵状柔性CaCO3材料,他们称之为“软方解石(soft calcite, SC)”。与贻贝壳中方解石的高度有序不同,新材料中的方解石具有松散的类巢状形态。“软方解石”可以从水溶液中吸取染料,从海水中吸附石油,在水处理领域有着良好的应用前景。相关工作发表在Matter 期刊上。
将“硬”贻贝壳变为“软”海绵。图片来源:Matter
其实这个发现纯属意外,作者最初的思路是将废贻贝壳回收利用为车辆或道路除冰剂。他们将磨碎的贻贝壳与乙酸混合在一起后,第二天发现混合液中出现一种奇怪的白色海绵状物质。“我们第一反应是有人搞恶作剧,”Kerton说到,“这一堆看起来可不像我们当初放进去的东西,我们怀疑是不是有人扔了点滤纸之类进去。”万幸的是,他们没有将其倒进垃圾桶,而是取了一些材料,并做了X射线衍射,结果表明这一团白色海绵状物质主要成分是方解石。[1]
这一发现排除了恶作剧的可能,也让作者好奇心大起。要知道贻贝壳的主要成分是碳酸钙(95%-99.9%),此外还有少量的其他无机物和有机物。其中碳酸钙主要以方解石和文石的形式存在,如果两种结构都存在时它们总是被分成两层,比如蓝贻贝壳外层为方解石,内层为文石,两层之间的有机物(myostracum,肌棱柱层)将它们连接在一起。方解石在贻贝壳中是高度有序排列的,那么,基于方解石的海绵状物质是怎么来的呢?
他们重复并优化了制备过程,先利用热处理来处理有机物,使方解石和文石易于分离。蓝贻贝壳在220 ℃处理48小时后方解石层与文石层分离,但是在方解石层上依然存在肌棱柱层,这为后边两次乙酸处理得到海绵状材料提供了可能。
贻贝壳处理方法。图片来源:Matter
作者认为在第一次酸处理时肌棱柱层保护方解石层不被破坏,而在第二次酸处理时方解石棱柱结构被破坏并进行重新组装,而原来贝壳中的有机物起到“胶水”的作用,得到无机海绵材料。根据表征结果可知,其成分主要是方解石,由此得名“软方解石”。