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美国专家利用空气收集净水

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发表于 2019-4-10 10:04:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
人类能够在最简陋的居所中勉强度日,也可以用最蹩脚的食材凑活出一顿饭。但没有干净的水,我们就无法生存。在缺水的地方——例如,世界上各个沙漠——给人供水需要在工程和灌溉方面大费周章,可能既麻烦又耗资。
在大自然启发下,美国俄亥俄州立大学的研究人员进行的两项新研究提出了一种也许可行的解决方案。
该大学机械工程学教授巴拉特·布尚说:“我们想:‘我们怎样才能从周围的空气中收集水?’因此,我们求助于自然界中已经在做这件事的那些东西:仙人掌、甲壳虫和沙漠草类。”
他们的研究成果于12月24日刊登在英国《皇家学会物理学数学工学分会学报·哲学汇刊》上。
布尚的工作重点是,找到受自然启发从而解决社会问题的方法。在此研究中,他的研究团队着眼于沙漠,寻找尽管获得的水资源有限但仍能生存下去的生物。
仙人掌、甲壳虫和沙漠草类都收集夜间雾气凝成的水,从而从空气中收集水滴并把其过滤到根部或储液囊,以此为生存提供足够多的水。
水滴在甲壳虫背部那些无蜡、抗水的隆起处汇集起来,然后通过隆起处之间的平坦表面滑至其嘴中。沙漠草类在其叶尖处集水,然后通过每片叶片上的管道把水引至其根系。仙人掌在其带刺叶尖上集水,然后让水滴沿着锥形刺落至其底部。
布尚的团队研究了上述每种生物,并意识到他们能够建起一个类似的——但是更大的——系统,使人们能够从夜雾中或通过冷凝作用集水。
他们开始研究不同表面的集水方式,并研究哪些表面可能最有效。利用3D打印机,他们制造出有隆起或钩刺的各种表面,然后利用商用加湿器创造出雾蒙蒙的封闭环境,以查看哪个系统集水最多。
布尚说,他们了解到,圆锥体比圆柱体集水更多——“鉴于我们对仙人掌的了解,这是合乎情理的”。他说,之所以会出现这种情况,是因为一种被称为拉普拉斯压力梯度的物理现象。水聚集在锥体顶端,然后顺着锥体的斜坡流到底部,那里有一个蓄水池在等着。
布尚说,水在有凹槽表面的流动速度快于无凹槽表面——“由于我们对草类的了解,事后来看,这一点显而易见”。在该研究团队的实验中,有凹槽表面的集水量大约是无凹槽表面的2倍。
制造锥体的材料也很重要。亲水表面——那些使水在其上面形成水珠而不是吸收水分的表面——集水最多。
迄今为止,这项工作仅在实验室层面展开,但布尚设想扩大这项工作的规模,在沙漠中建造可以从雾中或通过冷凝作用集水的设施。


——英国“科学新闻”网站2018年12月26日报道;2018年12月19日一期(第21868期)《参考消息》翻译、(第7版)转载
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