作者:温才妃 张运 戴君 来源:中国科学报 发布时间:2020/10/22 12:46:04
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扬大研发无需能耗的海上淡水收集装置

 

近年来,我国不断加大对海洋资源的开发利用。在深海资源开发过程中,工作人员经常要远离陆地到深海海域开展工作,如何保证他们工作期间的淡水供应是一个必须解决的关键问题。

扬州大学电气与能源动力工程学院科研团队利用两年时间,研发了一款面向深海资源开发的仿蜘蛛丝捕雾集水纤维。依托这种材料开发的集水装置,在无需电力的状况下,经过一个晚上,就能获得满足一个成年工作人员次日生活的淡水需求量。不久前,该项目在第十三届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛中荣获一等奖。

“常用的海水淡化设备,如反渗透、闪蒸类淡化设备,体积大、重量重,且需要配套相应的电力供应设备为之提供电源。但是,深海开发工作人员很难随身携带这些大型的制淡设备,而仅靠随身携带的淡水,又难以维持长时间的生活供应。”团队指导老师、扬大副教授刘向东介绍道,“我们想研发一种便携、绿色、无能耗的海上制淡装置,为他们登岛工作提供可靠的生活用淡水供应。”

科学家们发现,蜘蛛丝是一种无能耗、可持续的环境友好型天然捕雾集水材料。目前,通过模仿蜘蛛丝结构和表明润湿特性,制得具有高效捕雾集水性能的人工集水纤维,已成为深海制淡研究领域广泛关注的前沿热点。

“现有仿蜘蛛丝结构人工集水纤维的制备方法众多,包括电纺丝法、溶液涂覆法等,但仍存在着工艺复杂、可重复性差、集水效率欠佳等问题。”团队研发人员芮迁宸介绍道,为了克服这种难题,团队历时两年,通过微流控纺丝技术,引入互溶性高强度纤维流体,成功实现了仿蜘蛛丝集水纤维纺锤结构,这是一种全新的人工集水纤维。

“这个纤维的集水原理主要有两个方面,一是由纤维表面上粗糙度的差异引起的表面能梯度,二是纺锤结构的几何形貌引起的压力差。”芮迁宸介绍道,依托这种材料,团队制作了一个海上淡水“收集器”。这种装置像是一个普通的水杯外设置了特殊的“天线”。装置的核心就是这种8根仿蜘蛛丝纤维布置成一簇网状结构,它们能够在海洋等高湿度环境下会自动捕集空气中的淡水。

实验测定,该装置的集水效率能达到200毫升/小时,如果是从傍晚开始集水,到第二天早晨,期间大概有10小时的工作时间,算下来可以获得2升的淡水量,基本满足一个成年工作人员次日生活的淡水需求量。

 
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