咖啡渣千萬不要扔！

“咖啡渣千萬不要扔”，在網(wǎng)上隨處可見咖啡渣的回收、利用攻略，例如養(yǎng)植物、除異味等。但是，你知道嗎，咖啡渣居然還能做成水杯、衣架以及生物燃料！

咖啡渣

直接丟棄會(huì)污染土壤

烘烤、磨碎咖啡豆后，進(jìn)行加熱或蒸汽處理，提取后剩余的殘?jiān)褪强Х仍？Х仍缓嗵牵貏e是含有大約50%的纖維素和半纖維素。

咖啡豆

其他相對豐富的化合物是木質(zhì)素和蛋白質(zhì)，約占20%。同時(shí)，咖啡渣也含有大量的油以及少量化合物，例如灰分、酚類化合物、礦物質(zhì)、咖啡因等。

若將咖啡渣直接丟棄或者作為肥料會(huì)污染環(huán)境。這是因?yàn)椋Х仍袣埩舻膹?fù)雜有機(jī)物，例如咖啡因、單寧（一種多元酚類化合物）等對土壤有害。

還有些行業(yè)嘗試將咖啡渣加工后用于燃燒和發(fā)電。但是，與木屑相比，咖啡渣燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生顆粒物和有害氣體，因此它無法作為固體燃料直接使用。要如何解決這些問題，實(shí)現(xiàn)咖啡渣變廢為寶呢？

咖啡渣變身 紐扣電池原料！

其實(shí)，咖啡渣的潛在應(yīng)用非常廣泛，可以提取糖和油來產(chǎn)生生物燃料；分離酚類和抗氧化劑用作添加劑；還可以與其他成分物質(zhì)結(jié)合，開發(fā)新的功能材料（在電、磁、聲、光、熱等方面具有特殊性能，或者在其作用下表現(xiàn)出特殊性能的材料，如磁性材料、電子材料及催化材料等）。

例如，以咖啡渣作為原料制備多孔碳材料，可以作為碳負(fù)極材料用于鋰離子電池，從而提高材料的電化學(xué)性能（化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化）。咖啡渣“工廠”里的一系列操作步驟，包含哪些化學(xué)原理呢？

在碳化過程中，咖啡渣通過裂解反應(yīng)（較大分子有機(jī)物在高溫或催化條件下，分子鏈斷裂成較小分子物質(zhì)的過程）會(huì)產(chǎn)生焦油及揮發(fā)性物質(zhì)。這些產(chǎn)物脫離原材料后，剩余的碳原子會(huì)結(jié)構(gòu)重排，形成石墨的片層結(jié)構(gòu)。

石墨結(jié)構(gòu)示意圖

這種結(jié)構(gòu)有較多孔隙，但焦油或雜原子（相對于產(chǎn)物非必需的原子）等堵塞了大部分孔隙，因此并沒有形成豐富的孔道結(jié)構(gòu)。用氫氧化鉀溶液處理碳化產(chǎn)物時(shí)，氫氧化鉀溶液就像洗滌劑，可以溶解一些被吸附的焦油。

除此之外，氫氧化鉀溶液會(huì)與一些碳原子發(fā)生反應(yīng)，使碳材料產(chǎn)生新的孔隙結(jié)構(gòu)、或者原有的孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)被開發(fā)，再使用除去陰、陽離子雜質(zhì)的純凈水洗滌，洗凈氫氧化鉀等其他可溶性有機(jī)物后，就可以得到具有豐富孔道結(jié)構(gòu)、較大比表面積（單位質(zhì)量多孔固體的總表面積，包括內(nèi)表面積和外表面積）的多孔碳材料了。

責(zé)任編輯｜趙青云

運(yùn)營編輯｜趙青云

質(zhì)量審核 | 李雅欣 王維嘉

圖文來源 | 《知識(shí)就是力量》雜志《咖啡渣的“逆襲”》，撰文/朱繼銀，原文有刪改，原創(chuàng)作品轉(zhuǎn)載請注明來源。

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