水是地球上最豐富的資源之一,應(yīng)用于人類生活的方方面面。然而,絕大部分水資源以海水形式存在,淡水資源僅占世界總水量的3%,其中的70%以兩極冰川和高山積雪的形式存在,難以獲取。目前,從自然界提取淡水的方法眾多,如海水淡化、雨水收集、地下水凈化等,上述方法雖較為成熟,但成本較高,不能廣泛適用于發(fā)展中國家,且受限于地理環(huán)境,不適于在沙漠、高原、山區(qū)等干旱地區(qū)使用。因此,探究新型集水方法有助于開拓上述地區(qū)的淡水資源,滿足當(dāng)?shù)氐纳钚枨螅徑獾倘眴栴}。事實(shí)上,水在自然界以水汽、露珠、霧水的形式廣泛存在。同時(shí),霧水在干旱和半干旱地區(qū)廣泛分布,加以收集可以成為這些地區(qū)的主要水源,且收集霧水所帶來的生態(tài)影響較小,成本較為低廉。
近日,天津工業(yè)大學(xué)張松楠副研究員聯(lián)合福州大學(xué)賴躍坤教授,通過仿仙人掌刺的不對稱結(jié)構(gòu)、沙漠甲蟲背部的親/疏水表面、蜘蛛絲的紡錘節(jié),荷葉的不對稱浸潤性,利用化學(xué)刻蝕和靜電紡絲技術(shù),成功制備了兼具不對稱微觀結(jié)構(gòu)和相反潤濕性的四元仿生Janus膜材料。該材料不僅同時(shí)構(gòu)建了浸潤性梯度和形狀梯度,而且還大大降低了水分的再次蒸發(fā),實(shí)現(xiàn)了高效的霧水收集,為緩解淡水資源危機(jī)提供了新的思路。該研究成果以“A quadruple biomimetic hydrophilic/hydrophobic Janus composite material integrating Cu(OH)2 micro-needles and embedded bead-on-string nanofiber membrane for efficient fog harvesting” 為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。
圖1 a) NF/MN Cu mesh的制備流程圖;b-d) Cu mesh、MN Cu mesh、NF/MN Cu mesh的500倍的SEM圖像;e) MN Cu mesh的SEM橫截面圖像;f-g) 分別是c-d對應(yīng)的5000倍的SEM圖像。
結(jié)果表明,NF/MN Cu mesh-20的霧水收集效率明顯高于其他樣品,集水量可達(dá)65.081 g min-1 cm-2。將每個(gè)樣品重復(fù)測試10次,水收集數(shù)據(jù)依然穩(wěn)定,可實(shí)現(xiàn)持續(xù)的霧水收集過程。除此之外,NF/MN Cu mesh Janus膜材料阻礙了親水側(cè)水分向疏水側(cè)轉(zhuǎn)移,降低了水分的二次蒸發(fā),有效提高了保水率。兩者協(xié)同作用共同實(shí)現(xiàn)了霧水的高效收集。
圖4 a) 霧水收集示意圖;b) 各樣品在一小時(shí)內(nèi)的集水量;c) 各樣品的集水效率;d) 各樣品前五滴液滴的滴落時(shí)間圖;e) 保水效率圖;f) 各樣品循環(huán)使用10次的集水效率。
原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722063434
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