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公司在代理相关著名品牌产品的同时,拓展出一条设计系统方案,
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龙虾壳修公路~天然高分子材料:甲壳素、壳聚糖

2021-12-23


你敢相信小龙虾的壳可以用来修公路吗?

人们在吃小龙虾的时候,其坚硬的外壳往往都是直接当成垃圾被处理掉,却很少有人会想到把小龙虾壳利用起来。而一群学霸却将小龙虾壳用来铺设沥青路面,还成功申请到了专利,小龙虾当真能有如此妙用吗?

传统意义上,吃货们在吃完小龙虾以后,往往都是直接将不能食用的小龙虾壳直接丢弃。据统计,每年我国丢弃的小龙虾壳总重量接近58万吨,不仅严重污染了环境,还造成了资源的浪费。但值得注意的是,在烹饪小龙虾的时候,即便是在200℃高温条件下,小龙虾壳也不会发生形变,这就表明小龙虾壳有着非常优良的耐高温性质。而这一特性也引起了一位教授的注意。

——变废为宝——

  • 小龙虾壳铺路

长期以来,公路路面主要由水泥和沥青两种材料组成,水泥路面虽然抗老化能力比较强,能够使用较长时间,但是缺点也很明显,那就是材料本身比较硬,汽车行驶在上面,减震效果比较差。沥青路面所采用的原材料是一种粘稠的黑色液体,将这种液体与石子等建筑材料混合,就可以用来铺设路面,这种路也叫做柏油路,车辆行驶在柏油路上面,减震效果很不错,不过这种路面最大的问题就是不耐高温,到了夏天很容易出现开裂的情况,因而需要有一种办法让沥青能够耐高温。

2020年6月的一个晚上,长沙理工大学交通运输工程学院的吕教授与自己的团队外出吃宵夜,他们在发现小龙虾的耐高温性质以后,就联想到能不能将其加入到沥青当中,让沥青也能够有一定的耐高温性能。有了想法之后,这位教授便开始和他的博士团队一起收集废弃的小龙虾壳,经过烘干研磨以后加入到沥青当中,发现不仅使沥青在高温条件下的稳定性得到了提高,其抗水抗损坏的能力也同样得到了增强。这样一来,柏油公路的使用寿命就比之前更为长久。

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  • 电极材料

这种新型沥青还可以用来制作电池的电极材料。中国科学技术大学的朱奇峰教授利用农林废弃物提炼出来的种植生物油和小龙虾壳,成功合成出来一种高性能的电极材料。这种电极材料在测试之中表现出宽工作电压和高能量密度,相比较现有的电极材料具有一定的优势,未来在电动汽车及新型电池的研究生产中可能将会发挥重要的价值。

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  • 环保塑料

小龙虾壳中大量含有的天然高分子物质:甲壳素和壳聚糖,不仅无毒,而且在自然界中还很容易降解。英国就有一家公司利用小龙虾壳提取出来的壳聚糖来制备可降解的环保塑料,其制作过程也非常简单,他们只需要往粉碎以后的小龙虾壳粉中加入酸碱溶液,将其进行分离,就能够得到壳聚糖纳米纤维,再通过特殊的配方工艺可制成高粘弹性的薄膜等。

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——用途广泛——

在食品学家和医药学家的眼中,小龙虾壳同样有着非常大的利用潜力。

  • 食用价值

根据相关的研究,小龙虾壳中含有20%-40%的蛋白质,要知道牛肉中蛋白质的含量也只有23%左右,而蛋白质是一种非常重要的营养物质。但是这些小龙虾壳中的蛋白质并不能够直接食用,需要进一步加工成蛋白粉以后才能供人类食用,还可以直接将小龙虾壳粉碎以后添加到动物饲料中,提高饲料中的蛋白质含量,作为鱼粉的替代品,降低饲料的生产成本,加工以后的小龙虾壳呈现出漂亮的红色,还能够减少动物饲料中色素的使用。

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  • 医药价值

目前25吨小龙虾壳能够提取出一吨的甲壳素,作为自然界唯一一种带正电荷的碱性多糖,甲壳素有着非常优秀的抗菌性,能够在一定程度上代替青霉素在医学领域的作用。据动物实验表明,甲壳素的重要衍生物壳聚糖具备一定的抑制肿瘤生长的作用,在植入动物体内,不容易引起动物的排斥反应,这种物质制成的器件植入动物体内也能够产生良好的治疗效果。

在实验中,科研人员就在兔子体内植入了壳聚糖神经导管,成功修复了兔子受损的神经。壳聚糖具有良好的吸附特性,可以将其应用在肝功能衰竭和肾功能衰竭的治疗当中,作为人造肝脏中的辅助材料之一,吸附和代谢掉人造肝肾中残留的毒素。壳聚糖制成微粒,装进血液灌流装置中,给肝功能衰竭的兔子进行血液净化,结果非常令人欣喜。不仅对血细胞没有伤害,而且吸附能力是传统材料的六到八倍。兔子血液中的毒素被明显吸附。

——小知识——

  • 甲壳素

甲壳素又称甲壳质、几丁质,英文名Chitin,是一种从海洋甲壳类动物的壳中提取出来的多糖物质,化学式为(C8H13O5N)n。甲壳质是淡米黄色至白色,溶于浓盐酸、磷酸、硫酸和乙酸,不溶于碱及其它有机溶剂,也不溶于水。甲壳质的脱乙酰基衍生物壳聚糖(chitosan)不溶于水,可溶于部分稀酸。

甲壳素应用范围很广泛,在工业上可做布料、衣物、染料、纸张和水处理等。在农业上可做杀虫剂、植物抗病毒剂。渔业上做养鱼饲料。化妆品美容剂、毛发保护、保湿剂等。医疗用品上可做隐形眼镜、人工皮肤、缝合线、人工透析膜和人工血管等。

  • 壳聚糖

壳聚糖(chitosan)甲壳素N-脱乙酰基的产物,甲壳素、壳聚糖、纤维素三者具有相近的化学结构,纤维素在C2位上是羟基,甲壳素、壳聚糖在C2位上分别被一个乙酰氨基和氨基所代替,甲壳素和壳聚糖具有生物降解性、细胞亲和性和生物效应等许多独特的性质,尤其是含有游离氨基的壳聚糖,是天然多糖中唯一的碱性多糖。

壳聚糖分子结构中的氨基基团比甲壳素分子中的乙酰氨基基团反应活性更强,使得该多糖具有优异的生物学功能并能进行化学修饰反应。因此,壳聚糖被认为是比纤维素具有更大应用潜力的功能性生物材料。

壳聚糖为天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物,具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种生理功能,广泛应用于食品添加剂、纺织、农业、环保、美容保健、化妆品、抗菌剂、医用纤维、医用敷料、人造组织材料、药物缓释材料、基因转导载体、生物医用领域、医用可吸收材料、组织工程载体材料、医疗以及药物开发等众多领域和其他日用化学工业。

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在广大吃货眼中,晶莹的小龙虾壳似乎没有丝毫价值,但是在科学家的努力之下却变废为宝,让其华丽转身,成为具备工业利用价值和特殊生物学功能的资源。这样敢于创新的精神值得我们每一个人学习。