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東華學(xué)子用“膜”法破解極端環(huán)境取水難題

時(shí)間:2025-06-26來(lái)源:中國(guó)科學(xué)報(bào) 作者:佚名

    在地球上最干旱的地方之一、智利阿塔卡馬沙漠,居民在風(fēng)口山坡上架起一排排“霧網(wǎng)”,待空氣中飄來(lái)的水汽在網(wǎng)面凝結(jié)成滴,他們小心地用管子接入生活用水槽。

    東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生姚家傲在紀(jì)錄片中看到這一幕后,產(chǎn)生了一個(gè)大膽的想法:“有沒(méi)有可能做出一種比霧網(wǎng)更輕、更小、更高效的材料,讓人類從空氣中直接取出凈水?”

    基于“空氣草”能在干旱氣候中吸收霧氣存活的特性,姚家傲和團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)模仿其葉片的非對(duì)稱結(jié)構(gòu),開(kāi)發(fā)出一種“雙面性”POPs膜材料,其中一面粗糙親水,負(fù)責(zé)集水,另一面光滑疏水,用于保水。當(dāng)膜材料放置一段時(shí)間后,能夠在表面凝結(jié)起“霧水”,再將這些水收集起來(lái),便實(shí)現(xiàn)了“喝空氣”的功能。

極端環(huán)境大氣集水“POPs”膜實(shí)物。

 

    進(jìn)一步地,團(tuán)隊(duì)將光熱吸收材料與壓電材料組合,開(kāi)發(fā)出一種能在陽(yáng)光和波浪雙重作用下工作的“復(fù)合蒸發(fā)膜”。測(cè)試結(jié)果顯示,這套設(shè)備能夠在自然能驅(qū)動(dòng)下穩(wěn)定產(chǎn)出可飲用的水,拓展了空氣膜的應(yīng)用。

    此外,針對(duì)高鹽、高污染的鹽湖地區(qū),團(tuán)隊(duì)將具有光敏抗菌特性的卟啉基團(tuán)引入POPs膜材料中,使其在光照條件下自動(dòng)釋放活性氧,持續(xù)殺滅膜面細(xì)菌,且膜體具備良好的孔隙結(jié)構(gòu),能夠確保鹽分?jǐn)r截和水通量的平衡。最終,團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一款適用于高污染水源的抗菌復(fù)合膜,具備高通量、高過(guò)濾率與抗菌性,能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的水質(zhì)凈化。

團(tuán)隊(duì)成員在戶外實(shí)地場(chǎng)景做測(cè)試。圖片均由東華大學(xué)提供

 

    據(jù)了解,目前團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的三類POPs功能膜產(chǎn)品,即大氣集水膜、海水蒸發(fā)器、抗菌納濾膜,已完成中試測(cè)試,并與數(shù)家企業(yè)和國(guó)際水務(wù)機(jī)構(gòu)達(dá)成合作意向。后續(xù),團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃將膜材料應(yīng)用拓展到災(zāi)區(qū)應(yīng)急供水、野外作業(yè)裝備等領(lǐng)域。

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