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环球视界--无需外力的空气冷凝集水新途径

发布日期:2021-05-30 来源: IWA国际水协会
  大气中储存了大量的水蒸气,通过冷却空气,使它所含的水蒸气凝结以便收集。这类技术在淡水收集方面将具有巨大的潜力,能够缓解全球干旱地区的缺水问题。亲水性表面在蒸汽环境中有利于汽液成核,但是从空气中冷却的水滴通常太小难以被收集,而且这些水滴会覆盖在冷却的表面充当热障,阻碍了进一步的冷凝过程。因此,必须迅速将它们移除以有效地进行水收集。疏液性表面,无论是注气表面(也称为超疏水表面)还是注液表面(也称为注液光滑多孔表面),都可促进滴状水冷凝,其传热系数比膜式冷凝高10倍,能够快速去除冷凝水。
  美国德州大学达拉斯分校的研究人员近期研发了一种新型表面,能够从空气中收集水并同时促使微滴自发地移动汇入较大水滴:当置于研发的液体润滑剂表面时,微滴在没有外力的情况下,能够推动自己沿着润滑剂油状斜坡的弯月面爬升汇入较大水滴。这种弯月面介导的爬升作用使亲水表面上的水滴快速凝聚的现象之前并没有过报道;研究人员也是偶然间发现了其表面上的这种自推进水滴凝聚现象,这使得可以在没有外力的情况下从空气中更快速地收集水。
  
  粗化水滴的ESEM图像. 白色箭头表示较小的液滴1、2和3朝向较大液滴4的移动方向. 右图显示了聚合后的较大液滴.   图片来源:Guo et al.,2021
  微滴自行爬动的关键在于新开发的液体润滑剂表面,这是一种亲水的注液光滑多孔表面(slipperyliquid-infused porous surface, SLIPS),具有独特的亲水性,可用于集水并将水滴迅速引导到储层中。为了提高水滴尺寸的演变速度,研究人员对驱动力和拖曳力进行了定量研究,并测试不同的润滑剂,以确定哪种润滑剂能最大程度地提高集水效率。这种自驱动的粗化效果(coarseningeffect )能够从亲水的注液光滑多孔表面快速去除直径小于20μm的水滴,而无论其表面方向如何;与集水过程中的聚乙二醇化亲水表面、疏水性注液光滑多孔表面以及超疏水性表面相比,这种方法开辟了空气冷凝集水的新途径。
  参考资料
  Horner, K. (2021, March 25). New Physical Phenomenon Aids Harvest of Water from Air. Retrieved from UT Dallas: https://news.utdallas.edu/science-technology/water-harvest-dai-2021/
  Guo, Z., Zhang, L., Monga, D., Stone,H., & Dai, X. (2021). Hydrophilic slippery surface enabled coarsening effect for rapid water harvesting. Cell Reports Physical Science.