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扬大学生团队研发海上淡水“收集器”获国家专利
扬州晚报 / 时间:2020-10-21 20:41:01

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扬大学生团队研发海上淡水“收集器”

扬州晚报10月21日讯:记者从扬州大学了解到,在第十三届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛中,该校大学生项目《面向深海资源开发的仿蜘蛛丝捕雾集水纤维》荣获一等奖。大学生们历时两年,研发出一款新型纤维,可在高湿度的环境下,吸收淡水,该项目为深海资源开发过程中便携、绿色、无能耗的淡水供应问题提供了解决思路。

高能

像是一块海绵

可快速吸水且自动将水排出

“海洋资源是国家重要的战略性资源。近年来,我国不断加大对海洋资源开发利用的脚步。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或海岛上开展工作,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。”

采访中,团队指导老师刘向东告诉记者,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。

“我们想为这些工作人员开发一种便携、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淡水供应。”项目负责人、大三学生芮迁宸告诉记者,在不断地查阅资料后,他们注意到,目前科学家们发现,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面润湿特性,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。”芮迁宸说。为此,历经近两年的研究,该团队基于微流控纺丝技术,引入互溶性高强度纤维流体,直接实现了仿蜘蛛丝集水纤维纺锤结构的一步成型。而且,该纤维可通过纺锤表面粗糙度获得梯度润湿性,并与自身曲率梯度耦合作用,实现双效快速定向集水,具有多种湿度条件下的高效集水性能。

芮迁宸解释,这个纤维的集水原理主要是有两个方面的原因,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。“简单地说,我们重新制作的仿蜘蛛丝结构的‘纤维’像是一块海绵,可以快速吸水,且自动将水排出。”

便捷

一小时吸收200克淡水

还可折叠收纳随身携带

昨天,记者见到了这个海上淡水“收集器”的装置,从外观来看,像是一个普通的水杯外设置了特殊的“天线”,设置极为简单。

“这可不是普通的‘天线’,而是8根仿蜘蛛丝纤维布置成一簇网状结构的集水装置,放在高湿度的环境下,这‘天线’就会像海绵一样,自动吸收淡水到水杯中。”芮迁宸说,该装置的集水效率能达到200ml/h,如果是从傍晚开始集水,到第二天早晨,这期间大概有10小时的工作时间,算下来可以获得2L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。

她介绍,该装置还可以折叠收纳,随身携带,在使用时,把装置的盖子打开、翻转,将纤维暴露于环境中就可以开始集水,操作也很简单。

优化

成功申请国家发明专利

将继续深入开展研究

记者了解到,目前,该装置已经成功申请了国家发明专利,依托相关研究成果研究团队发表二区SCI论文1篇。该项目在9月份的第十三届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛中,也获得了一等奖。

“这次比赛是一次重要的人生历练,让我学会在实践中探索与检验真知。我深深认识到,持之以恒、坚持到底的心态与努力是成功必不可少的条件。”芮迁宸说,项目虽然已取得阶段性成果,但在实践中团队发现纤维结构与表面性润湿设计对于其性能的强化效果仍有进一步优化空间,未来团队将继续深入开展研究,致力开发基于该集水纤维的便携式实用化绿色无能耗集水装置。