绿色方法可以帮助从甘蔗废料中提取硅

在南非普马兰加省和夸祖鲁-纳塔尔省的部分地区，甘蔗田一望无际。对于爱吃甜食的人来说，这种作物不仅仅是一种享受：2017年，该国的制糖业价值估计超过120亿兰特;其中，仅甘蔗产量就价值51亿兰特。

但制糖业正在萎缩，至少部分原因是出于健康原因，许多人少吃糖。那么，甘蔗生产如何继续提取价值呢?我们相信答案在于作物的废料。

甘蔗渣是作物被压碎以提取汁液制成糖后留下的纤维材料。全世界每年生产约5400万吨甘蔗渣。这种甘蔗渣处理不当会导致环境污染，并在无人看管的情况下吸引许多昆虫。

但是，一旦甘蔗渣燃烧，灰烬中就会留下“宝石”。通过正确的化学和物理过程，可以生成有价值的硅和二氧化硅纳米粒子，这些纳米粒子用于建筑、制药、化妆品和洗涤剂行业等。

正在测试和微调许多化学工艺，以从甘蔗渣中提取二氧化硅，然后将其合成为硅颗粒。一些测试相当先进，但还没有人破解生产高等级纯二氧化硅的密码，以满足工业需求。

我们最近的工作对提取过程采用了“绿色”方法。首先，我们证实了越来越多的研究表明：甘蔗渣是二氧化硅的天然资源，应用于工业用途。而且，我们使用有机酸和碱，展示了哪些工艺可用于更环保的提取过程。

多种形式和用途

硅是一种化学元素。它是地壳中仅次于氧的第二丰富元素，据信占平均岩石组成的27%。

大多数人可能已经看到二氧化硅(也称为二氧化硅)形式的硅，这是一种由硅和氧组合而成的化合物。二氧化硅在自然界中最常见于闪亮的结晶矿物石英中。它也存在于高粱、小麦、玉米和向日葵等植物中。

硅有多种形式和用途。作为二氧化硅，它用于制造砖、混凝土和玻璃。二氧化硅以可溶形式广泛用于玻璃、陶瓷和水泥工业，以及化妆品、制药和洗涤剂工业中作为粘合剂和粘合剂。

在其元素形式中，它是一种极好的电半导体，通常以粉末形式(称为纳米硅粉)用于微芯片和太阳能电池的生产。美国硅谷是无数电子和计算机公司的所在地，以元素的名字命名。

但是，尽管硅含量丰富，但它的许多应用意味着工业有时会短缺由它生产的金属。例如，在2021年，短缺意味着中国不得不削减其金属硅产量;这将全球价格推高了约300%。

这就是甘蔗渣发挥作用的地方。越来越多的研究(包括我们自己的评论)表明，甘蔗渣的灰分是最便宜的二氧化硅生产来源之一，与从沙子中开采这种物质相比要好得多。

寻找更纯的二氧化硅

二氧化硅大量储存在土壤中，并被植物大量吸收。这无害，研究表明，甚至可能对植物有益。在甘蔗中，二氧化硅储存在植物的嫩枝中——最终会在甘蔗渣中。研究人员正以此为基础提取二氧化硅以转化为硅。

这不是一个简单的过程。这些工业过程中产生的灰烬通常具有高杂质含量，并含有铁和氧化铝等金属。这阻碍了获得足够纯以供使用的二氧化硅的过程。

还有环境问题。这就是我们在最近的研究中采用“绿色”方法的原因。我们使用了既环保又易于处理的有机材料，发现这是从甘蔗渣中提取二氧化硅的有效方法。需要进行一些进一步的微调：如果这种方法要生产高质量的二氧化硅并满足工业应用的必要标准，仍然需要清除少量杂质。

总的来说，我们的方法可以帮助进一步降低从甘蔗渣中提取二氧化硅的成本，并且是一种很好的方法来管理原本可能只是浪费的东西。