向小樹樹學習，新型反重力輸水系統讓水淨化變得簡單_風聞
Science_北京-不惧过往，不畏将来！2019-07-10 14:43
編譯／雷鑫宇 審稿／西莫 責編／唐林芳
研究人員受植物啓發，開發了一種基於氣凝膠和碳納米管的反重力輸水系統。該系統的輸水高度、輸水速度和能量轉換效率均較高。
頂部裝有碳納米管的氣凝膠將水向上提升，然後依次進行蒸汽轉化、淨化和收集。
克服重力作用，實現水的向上運移是一個重要的工程學問題。樹木在人類掌握這類技術之前就已經熟練運用上億年了。
phys.org網站7月8日報道，受樹木啓發，中國浙江理工大學和浙江大學的研究人員設計了一種輸水系統，該系統可以利用毛細管力將髒水向上推入分層結構的氣凝膠中，然後利用太陽能將其轉化為蒸汽，進而產生清潔水。
浙江科技大學的Aiping Liu和浙江大學的Hao Bai在最新一期的《美國化學會·納米》雜誌中發表了一篇關於新型輸水系統和太陽能蒸汽發電的論文。
植物的向上輸水系統已經熟練運用了上億年。
Liu在接受Phys.org採訪時表示：“我們的方法是通用的，具有良好的工業化前景。我們製備的材料性能優異，可多次重複使用，有望用於大規模海水淡化和污水處理。”
反重力輸水系統主要包含兩種組件：細長、多孔、超輕質的氣凝膠主要用於輸送水；氣凝膠頂部的碳納米管層可以吸收陽光並將水轉化為蒸汽。整個系統被封裝在玻璃室中。
在毛細管力的作用下，水沿着氣凝膠向上移動直到到達頂部，太陽能加熱的碳納米管層將水加熱為蒸汽態，與污染物分離。蒸汽在玻璃室上凝結後流入蓄水池。
Liu等設計的輸水系統與植物的輸水系統非常相似。植物中含有大量微型木質部導管，它們將根從土壤中吸取的水分運送到枝葉中。水分抵達葉片後，受太陽輻射而從葉片的小孔中蒸發出來。
染色水向上流動，經過氣凝膠的樹枝狀分支。
人工重建類似的高效輸水系統的難度很大，之前的嘗試大多有以下缺點：輸水速度過慢、輸送距離過短、運輸污水或海水的能力較弱等。為了改善人工輸水系統的性能，Liu等對氣凝膠進行了重新設計。即將氣凝膠組分倒入銅管中，然後對銅管進行温度梯度處理，凍幹後的氣凝膠伴隨冰晶形成了放射狀通道、內表面褶皺和網格等形態。這些微觀結構顯著增強了“氣凝膠導管”的性能。
研究人員表示，使用改進的氣凝膠導管，水分在5分鐘內的上升距離達到了約10釐米，3小時後達到近28釐米。氣凝膠導管可適用於清潔水、海水、污水和含砂水。此外，碳納米管頂層的能量轉換效率高達85%。
下一階段，Liu等計劃進一步提升輸水系統的性能，為其應用做好準備。他説：“我們希望優化實驗方案以滿足大規模生產需求。輸水高度、輸水速度和集水效率還有繼續提升的空間。”
期刊來源：《美國化學會·納米》
期刊編號：1936-0851
原文鏈接：
https://phys.org/news/2019-07-antigravity-trees.html
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