揚大研發無需能耗的海上淡水收集裝置

  近年來，我國不斷加大對海洋資源的開發利用。在深海資源開發過程中，工作人員經常要遠離陸地到深海海域開展工作，如何保證他們工作期間的淡水供應是一個必須解決的關鍵問題。

揚州大學電氣與能源動力工程學院科研團隊利用兩年時間，研發了一款面向深海資源開發的仿蜘蛛絲捕霧集水纖維。依托這種材料開發的集水裝置，在無需電力的狀況下，經過一個晚上，就能獲得滿足一個成年工作人員次日生活的淡水需求量。不久前，該項目在第十三屆全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽中榮獲一等獎。

“常用的海水淡化設備，如反滲透、閃蒸類淡化設備，體積大、重量重，且需要配套相應的電力供應設備為之提供電源。但是，深海開發工作人員很難隨身攜帶這些大型的制淡設備，而僅靠隨身攜帶的淡水，又難以維持長時間的生活供應。”團隊指導老師、揚大副教授劉向東介紹道，“我們想研發一種便攜、綠色、無能耗的海上制淡裝置，為他們登島工作提供可靠的生活用淡水供應。”

科學家們發現，蜘蛛絲是一種無能耗、可持續的環境友好型天然捕霧集水材料。目前，通過模仿蜘蛛絲結構和表明潤濕特性，制得具有高效捕霧集水性能的人工集水纖維，已成為深海制淡研究領域廣泛關注的前沿熱點。

“現有仿蜘蛛絲結構人工集水纖維的制備方法眾多，包括電紡絲法、溶液涂覆法等，但仍存在著工藝復雜、可重復性差、集水效率欠佳等問題。”團隊研發人員芮遷宸介紹道，為了克服這種難題，團隊歷時兩年，通過微流控紡絲技術，引入互溶性高強度纖維流體，成功實現了仿蜘蛛絲集水纖維紡錘結構，這是一種全新的人工集水纖維。

“這個纖維的集水原理主要有兩個方面，一是由纖維表面上粗糙度的差異引起的表面能梯度，二是紡錘結構的幾何形貌引起的壓力差。”芮遷宸介紹道，依托這種材料，團隊制作了一個海上淡水“收集器”。這種裝置像是一個普通的水杯外設置了特殊的“天線”。裝置的核心就是這種8根仿蜘蛛絲纖維布置成一簇網狀結構，它們能夠在海洋等高濕度環境下會自動捕集空氣中的淡水。