量子碳素

量子碳素是指量子級別的一種碳材料。碳在量子級別（達到納米級或小於納米）時會改變其性質，產生新的性質。因而在一些傳統理論和技術領域中不能解決的問題，利用量子碳素可以很好地解決這些問題。

量子碳素作為一種新材料，經過適當的處理，可以套用於除垢/除銹/防鏽、污水處理、土壤修復、促進植物生長、潤滑、煤制烴、新能源和電池等許多領域，並完全符合高標準的安全和環保要求。

基本介紹

• 中文名：量子碳素
• 外文名：Quantum Carbon
• 所屬學科：物理
• 類別：新材料

發展

隨著科學技術的不斷發展，科學家對碳素的研究不斷深入，先後發明了碳纖維、碳納米管、碳納米球、石墨烯碳的製備技術，並得到了廣泛的套用。科學家朱光華博士及其科研團隊運用分子層面的人工控制技術，經過二十多年的實驗研究，提出了量子碳素理論，成功分離出一種新型的納米級碳結構體—碳曲殼結構體，並發明了量子碳素及其製備技術。

定義

當碳粒子細微化為超雙親性二元協同微界面材料物質（0.6-0.9nm級），產生了想像不到的作用和效果，它可以產生出層間化合彎曲結構物質。這類結構體是一種熱力學不穩定但動力學較穩定的亞穩定物質，即構成石墨烯片層有一定的彎曲殼體。從而使處於平衡狀態的碳原子具有一定的應力能並處於較高能量狀態。碳元素獲得不同額能量後，可形成不同的納米級碳結構體：碳纖維、石墨烯、碳納米管、碳納米球、碳納米曲殼體。當這些微小的結構體在1nm左右或小於1nm時，都具有量子效應（如尺寸效應、遂道效應、光電效應等），其物理性質、化學性質各異。

因此將小於1nm的碳結構體定義為量子碳素。

特徵

量子碳素呈黑色膠體狀、無毒無味，具有量子的尺寸效應和遂道效應。其選擇吸附性強，與其它納米碳異形體相比，具有多懸健的優勢，與OH ，C O等官能團易鍵合。

量子碳素的物理特徵為粒徑為0.6-100nm的碳素粒子，所述碳素粒子為單碳和/或石墨烯粒子，在所述碳素粒子的表層具有含有碳、氫、氧、氮的化合物，所述含有碳、氫、氧、氮的化合物包括稠環芳烴、含有碳氧單鍵的化合物、含有碳氧雙鍵的化合物、含有碳氫鍵的化合物。

量子碳素液為含有量子碳素的水溶液，所述量子碳素液的ORP為280mv-380mv、電導率σ為1-5ms/cm、電動勢為280mv～380mv、pH值為1.5-3.2、濃度為0.1%-0.45%。

套用

電池

量子鉛酸蓄電池相比一般鉛酸蓄電池的比能量（容量）提升20-30%，同時充電時間縮短10%，而且容量衰減慢、使用壽命長。

量子鉛酸蓄電池大電流放電性能好，5小時率容量和10小時率容量僅相差2%左右。其高溫和低溫狀態下的容量和性能比一般鉛酸蓄電池要穩定。

新能源

量子碳素新能源展示圖

新能源

新能源

新能源

煤制烴

運用量子碳素和一些輔助的技術，已經成功的達成了煤制烴類化合物，是通過非石油線路製備烴類化合物以及相應的烴類產品的一種新工藝技術，此技術研製一種可在碳分子層面上進行操作、人工合成不同形態烴類結構體的新方法。使用大宗廉價的單碳物質和純水在可控的專用設備製備出如辛烷、苯六甲酸等烴類有機物，是利用新理論、新方法、低成本、規模化生產的創新技術，並且安全環保。其製備出烴類結構的產品，性質和石油系能源性質非常接近，可以直接套用於石油系燃油市場，也可以代替或部分代替石油系燃料的套用。

原理：

1. 利用碳分子不均衡的電子分布，在非離子水的環境下進行電化學反應，產生的單碳分子在氧化還原反應中得到新物質，並形成碳溶膠態的液體。
2. 碳溶液中的單碳和水分子以及水中的H+離子，OH-離子在特定的環境下，可以進行各種結構、形態不一的烴類物質即碳氫化合物。通過製備參數的控制可得到較為單一的烴類結構體。
3. 提純階段利用得到物質的比重、濃度以及沸點、冰點等不同物理性質進行有效分離，可分離C8H18正辛烷以及C12H6O12苯六甲酸等。

除垢除銹防鏽

利用酸洗方法除垢/除銹是世界上普遍的使用方法。酸洗的最大問題是對環境的危害和人體的危害。油類、延緩劑等防鏽材料對環境和人體都有危害。量子碳素不含任何對人體和環境有害、腐蝕金屬的化學物質，完全環保的新的金屬除垢/除銹/防鏽套用（BLB-CLR），能夠徹底解決該領域的環保問題。

原理：

首先完成金屬表面除銹垢還原，然後在金屬表面形成緻密納米防鏽垢層，使金屬物不再發生氧化鏽蝕和水垢的形成機制。

1.金屬表面形成物理化學的納米級防氧化（防鏽垢）膜。

除垢除銹防鏽

2.防止金屬Fe離子溶出，BLB將液體中的溶氧結合成一體。

除垢除銹防鏽

3.BLB材料封鎖水中Ca、Mg等離子以及不純物，結合形成膠體狀保護起來。

除垢除銹防鏽

污水處理

所謂的污水，是在水中有大量的超出自然狀態的、對環境和對人體有害的重金屬和有機物等。世界上污水處理方法主要是通過化學方法，用各種添加劑對重金屬和有機物等進行化學反應，對重金屬和有機物進行吸附和沉澱。對於污水中的許多成分，化學處理方法不能達到吸附效果。另外，添加劑本身也存在有害成分，沉澱物的處理也是環保的重大課題。

量子碳素對於污水中的重金屬和有機物具有極強的吸附作用（包裹效應），將污水中的各種金屬元素和有機物等”包裹”起來，形成新的物質，達到沉澱效果。

量子碳素處理污水是世界上首次提出的非化學的、完全環保的污水處理方式。

原理：

充分利用量子碳素的吸附功能，適當處理後的量子碳素可形成帶正、負的多懸鍵碳離子體，分別與污水中帶負、正電的金屬離子相結合，形成新的固體物質；

利用磁種做載體，附帶量子碳素及多懸鍵碳離子體，當碳離子體與金屬離子結合後利用機械提取辦法實現固液分離；

運用特製的污水處理機對污水中氧化物及水分子結構進行重整，通過控制污水中的HO負離子及質子H3O的含量調控PH值及COD、BOD的含量。

植物生長

量子碳素通過控制量子碳官能團、能量和酸鹼度等技術參數，可獲得用來改良土壤、促進植物生長的一種量子碳素材液，稱為量子碳素土壤活性劑。

量子碳素土壤活性劑既不是化肥，也不是農藥，是可溶性納米膠狀碳素。其極性的電荷為240mv~260mv。主要為陰離子的極性。量子碳素土壤活性劑有陽離子、陰離子的無極性機能，使土壤的吸水性與浸透性有大幅度提高，而且量子碳素土壤活性劑的PH值可達2.2~2.4，其水溶液的優秀特性是界面活性度高，且對人體和環境無任何危害。

原理：

量子碳素並不能改變植物種子的遺傳基因，但通過改善植物根部的生長環境，可以使其本來具有的生長能力大幅提高。

量子碳是土壤中嗜碳微生物最好的食物，有利於這些微生物的大量繁衍，產生豐富的腐植酸等有益物質，促進土壤的生態循環，增加土壤活力，改善土壤的板結現象，達到改良土壤的效果。微生物、小生物的幾何級數的大量繁衍，對鹼性土壤也具有較好的中合作用。

量子碳是一種有機酸物質，可以調節土壤有機值，鬆散土壤，對鹼性土壤也有較好的中合作用。

量子碳微粒電極電位比較高，具有較強的吸收陽光的能力，吸收陽光後其能量水平可進一步提高，一方面可以增加植物的光合作用，另一方面在土壤中增加氧份，增加土壤中的含氧量，促進植物根系的活性化。

土壤得到改良後，使植物根系發達，增強植物吸收養分能力，從而達到促進植物生長、早熟、果實大、增產。同時，由於吸收營養多，促使植物枝多葉茂，光和作用增強，除能進一步促進植物生長外，還能使植物的果實品質更好、口感更佳。