利用二价铁作为水解南瓜籽蛋白泡沫稳定剂的发泡混凝土性能

来自日常种子的更环保墙体

在冬季保持建筑温暖、夏季保持凉爽，往往取决于墙体内部隐藏的材料。一种很有前景的材料是发泡混凝土，这是一种充满微小气泡的轻质混凝土，气泡起到了绝热作用。本研究探索了一个出人意料且简单的来源来使这种泡沫更稳定、更可持续：从南瓜籽中提取的蛋白，并用少量铁加以强化。研究表明，通过调整这些天然成分的处理方式，可以制得更坚固、更耐水且更均匀的发泡混凝土，从而用于节能建筑。

为什么多孔混凝土很重要

发泡混凝土内部充满封闭的气泡，使其轻质、防火且具有良好的隔热隔声性能。但其性能取决于混凝土凝固期间泡沫气泡维持的时长。如果气泡破裂或合并，成品材料可能变得不均匀、脆弱或渗漏。许多现有的发泡剂依赖于合成表面活性剂，这些物质的生产成本高、能耗大且有时在环境中难以降解。动物蛋白泡沫效果良好，但在供应和加工方面存在顾虑。植物蛋白更可持续，但通常形成较弱的泡沫。作者旨在在不依赖额外合成添加剂的情况下弥补这一弱点。

将南瓜籽变成发泡成分

研究团队首先在热碱性溶液中处理南瓜籽，使蛋白质溶入水中并部分分解成更小的片段，从而得到水解南瓜籽蛋白。他们系统地改变了三项简单的处理条件——溶液的碱性（pH 值）、温度和反应时间——并测量所得液体能产生的泡沫量。通过统计优化方法，他们找到了一个最佳组合：pH 11.5、温度 55 °C、反应时间 1.5 小时。在这些条件下，南瓜蛋白溶液打出的泡沫体积最大且最稳定，表明对加工过程的精确控制可以将普通种子转化为有效的发泡剂。

铁作为安静的气泡保镖

接着，研究人员将二价铁以硫酸亚铁形式溶解引入南瓜蛋白溶液。在分子层面，铁离子会与蛋白中疏水的部分结合，促使蛋白分子聚集成更大的、部分疏水的颗粒。显微镜和 X 射线散射实验证实，随着铁含量增加，这些铁–蛋白簇的尺寸增大且结构发生变化。增大的簇聚集在气泡表面，形成更厚、更坚固的液膜。因此，泡沫排液速度变慢，抗塌陷能力增强，并表现出更高的密度和黏度，这些都是更稳固气泡网络的标志。

更好的气泡造就更好的混凝土

为了验证这些改进的泡沫在实际建筑材料中的意义，团队将用其铁稳定南瓜泡沫制成的混凝土与采用商业植物蛋白发泡剂制成的混凝土进行了比较。两种混凝土总体密度相似，但表现明显不同。经铁强化的泡沫制得的混凝土在养护后具有更高的抗压强度、更低的干缩以及显著降低的吸水率。X 射线成像和电子显微镜显示了其原因：改良后的混凝土含有更均匀、更小的孔隙，孔壁更光滑、完整且裂缝更少。铁–南瓜系统产生的气泡直接转化为更加均匀且坚固的内部结构。

这对未来建筑意味着什么

简而言之，研究表明由处理过的南瓜籽和适量铁制成的发泡剂，可以在仍然以丰富、可再生原料为基础的前提下，优于标准的植物基产品。通过增强包围气泡的显微薄膜，铁有助于保持细致、均匀的泡沫，从而得到更坚固、更不易渗漏且尺寸更稳定的发泡混凝土。这一方法指向了更环保的绝热材料，可在建筑生命周期内减少能量浪费，展示了化学微调如何对我们居住和工作的空间产生重要的、实际的影响。

引用: Song, N., Zhang, Z., Ma, C. et al. Properties of foamed concrete utilizing Fe(II) as foam stabilizer for hydrolyzed pumpkin seed protein. Sci Rep 16, 12934 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43413-y

关键词: 发泡混凝土, 南瓜籽蛋白, 绿色建筑材料, 泡沫稳定性, 基于铁的添加剂