设备模仿红树林的净水能力

 
通过将环境中的咸水有效地转化为淡水，红树林树在其亚热带栖息地中得以生存，这是长期困扰科学家的一项工程壮举。
现在，耶鲁大学工程学教授Menachem Elimelech的实验室中的一组研究人员开发了一种模仿红树林的净水设备。他的研究小组说，除了可以更好地了解植物的管道系统外，它还可以带来新的海水淡化技术。结果显示在2月21日的《科学进展》上。
合著者杰伊·韦伯(Jay Werber)说：“我们正在展示有关红树林如何工作的机制。” “我们不是生物学家，但我们是从工程学角度出发的。”
Elimelech是耶鲁大学化学与环境工程专业的Roberto C. Goizueta教授。
该设备被研究人员称为人造红树林，它结合了红树林根部的脱盐作用，叶片的毛细抽吸作用以及茎的导水能力。其成功的关键在于其产生高水平负压的能力，类似于您通过吸管喝水时产生的负压。在人造红树林中，专门设计的膜(称为“叶子”)的蒸发产生了很大的负压，该负压促使咸水通过半透膜“根”脱盐。
树木需要负压(当水分通过树叶蒸发时产生)，以吸收足够的水。研究人员说，在佛罗里达州发现的红树林特别丰富，在印度尼西亚，巴西和马来西亚等国家，它们表现出令人印象深刻的双重效果：研究人员需要比典型的树产生更大的负压来喝掉咸水。他们的环境。另外，他们通过反渗透过程将其根部海水淡化。
研究人员指出，特别令人印象深刻的是树木将水管系统(称为木质部)内的气泡形成最小化的方式。水在高负压下易于形成气泡，这会破坏植物木质部中的水流。
博士后研究员合著者王云坤说，研究人员的装置通过最小化气穴的形成来管理类似的壮举，这部分是由于位于装置中间的多孔二氧化硅结构称为玻璃料。
韦伯说，除了解决一些长期以来关于树木水力问题的谜团之外，研究人员的工作还可能导致创建用于分离溶液的小型设备。他说：“通常，您有一台昂贵的泵，会产生很高的压力来分离这些东西。” “使用红树林设备，您可以使用蒸发来完全被动地驱动它。”
研究人员说，该设备在电力不可用的情况下特别有用。
研究人员的设备不仅模仿自然过程，而且产生的负压比红树林所产生的负压大得多，并且可以使海水中的盐分浓度接近海水的10倍。 Elimelech说，这意味着它可能导致淡化咸水的方法，例如加氢裂化产生的水。
不过，他立即说，该设备提供了一个窗口，让人们可以了解一个长期以来不清楚的过程。
Elimelech说：“我们只是对大自然是如何做的事情感到好奇，这是一件了不起的事情，我们能够用物理学来描述它。” “我们证明了树遵循物理原理，我们可以在微流体设备中模仿它们。”
博士后合著者Jongho Lee说，该设备还具有通过将其纳入“海绵城市”(即旨在吸收和捕获雨水并迅速清除雨水的城市地区)而用于防洪的潜力。他说：“建筑物可以设计成像红树林一样工作：它们的外墙可以像树叶一样工作，而地基则可以作为过滤污染物的根。”