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新型水凝胶膜成全天候淡水收割机,从雾里收集淡水
材料科学与工程 / 时间:2021-07-08 23:28:33

贤集网7月5日讯:水资源的匮乏是世界面临的难题,水是一种普通的物质,但在维持地球上人类和其它生物生存的过程中,却又弥足珍贵,是生命的源泉。从整个水圈看,地表水中的海水约占整个水圈的97.5%,而真正能够被人类直接利用的淡水资源只占0.00768%,数量极为有限。

香港高手论坛三码中特-香港最快报码现场直播-本港台高手论坛4685淡水资源是由江河及湖泊中的水、高山积雪、冰川以及地下水等组成的。没有水,就没有生命。地球上只有百分之三的水是淡水,所有陆地生命归根结底都依赖于淡水,它决定着地球上生命的分布,水蒸气从海面升起,被气流夹带到内陆,随着海拔提高,汇聚成云层降雨,这也是淡水基本来源之一,溪流汇聚奔腾大河,雕凿出自然界奇观,河流沿岸提供了许多野生动物栖息地,孕育着物种丰富的物种,无论高山,还是湖底,有淡水的地方就有生命。不过,水已不是一种“取之不尽,用之不竭”的自然资源。水已越来越少。

香港高手论坛三码中特-香港最快报码现场直播-本港台高手论坛4685太阳能蒸汽净水和雾气收集是两个独立的过程,可以产生丰富的淡水。加州理工学院Ye Shi等人开发了一种水凝胶膜,它包含具有高表面积的分层三维微观结构,兼并了两种功能,并充当全天淡水收割机。夜间,水凝胶膜可有效地捕获雾滴,并定向输送到储物容器中。白天,它充当了一台跨面太阳能蒸汽发生器,蒸发率高达3.64 kg m−2h−1通过改进热/蒸汽流管理,在 1 个太阳光下启用。在自制的屋顶取水系统中,这种水凝胶膜可产生淡水,在户外测试中日产量约34升m−2,这显示了其在全球缓解缺水的潜力。这项研究工作以“All-day fresh water harvesting by microstructured hydrogel membranes”为题发表在期刊《Nature Communications》上。

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双功能凝胶膜和全天集水模型的设计

综上所述,作者设计并制造了一个PVA/PPy水凝胶膜,内填充三维(3D)树形表面微结构。选择的水凝胶膜源于它作为有效的跨面太阳能蒸汽发生器进行净水的能力。再加上水凝胶的优良易处理性和与先进制造技术的兼容性,这些粘性材料很容易被塑造成微观结构,可以模仿相关长度尺度上的生物系统,以方便雾气收集。当放置在受控雾生成条件下时,这种PVA/PPy凝胶膜以 5.0 g cm−2h−1的速度高效捕获雾滴并在提供定向控制的同时驱动液滴传输。通过实验和建模,还可以证明树形表面微孔通过最大限度地提高光吸收效率和引导蒸汽逃逸,为异地太阳能蒸汽生成放大热和流体管理,从而实现在1个太阳光照射下3.64kgm−2h−1高太阳能蒸汽产生速率。在户外测试中,该设备能够全天收集淡水,每天的取水速度为 34 L/m2。



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