向小树树学习，新型反重力输水系统让水净化变得简单_风闻

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编译／雷鑫宇  审稿／西莫  责编／唐林芳

研究人员受植物启发，开发了一种基于气凝胶和碳纳米管的反重力输水系统。该系统的输水高度、输水速度和能量转换效率均较高。

顶部装有碳纳米管的气凝胶将水向上提升，然后依次进行蒸汽转化、净化和收集。

克服重力作用，实现水的向上运移是一个重要的工程学问题。树木在人类掌握这类技术之前就已经熟练运用上亿年了。

phys.org网站7月8日报道，受树木启发，中国浙江理工大学和浙江大学的研究人员设计了一种输水系统，该系统可以利用毛细管力将脏水向上推入分层结构的气凝胶中，然后利用太阳能将其转化为蒸汽，进而产生清洁水。

浙江科技大学的Aiping Liu和浙江大学的Hao Bai在最新一期的《美国化学会·纳米》杂志中发表了一篇关于新型输水系统和太阳能蒸汽发电的论文。

植物的向上输水系统已经熟练运用了上亿年。

Liu在接受Phys.org采访时表示：“我们的方法是通用的，具有良好的工业化前景。我们制备的材料性能优异，可多次重复使用，有望用于大规模海水淡化和污水处理。”

反重力输水系统主要包含两种组件：细长、多孔、超轻质的气凝胶主要用于输送水；气凝胶顶部的碳纳米管层可以吸收阳光并将水转化为蒸汽。整个系统被封装在玻璃室中。

在毛细管力的作用下，水沿着气凝胶向上移动直到到达顶部，太阳能加热的碳纳米管层将水加热为蒸汽态，与污染物分离。蒸汽在玻璃室上凝结后流入蓄水池。

Liu等设计的输水系统与植物的输水系统非常相似。植物中含有大量微型木质部导管，它们将根从土壤中吸取的水分运送到枝叶中。水分抵达叶片后，受太阳辐射而从叶片的小孔中蒸发出来。

染色水向上流动，经过气凝胶的树枝状分支。

人工重建类似的高效输水系统的难度很大，之前的尝试大多有以下缺点：输水速度过慢、输送距离过短、运输污水或海水的能力较弱等。为了改善人工输水系统的性能，Liu等对气凝胶进行了重新设计。即将气凝胶组分倒入铜管中，然后对铜管进行温度梯度处理，冻干后的气凝胶伴随冰晶形成了放射状通道、内表面褶皱和网格等形态。这些微观结构显著增强了“气凝胶导管”的性能。

研究人员表示，使用改进的气凝胶导管，水分在5分钟内的上升距离达到了约10厘米，3小时后达到近28厘米。气凝胶导管可适用于清洁水、海水、污水和含砂水。此外，碳纳米管顶层的能量转换效率高达85%。

                                          ****今后净化水将变得简单。

下一阶段，Liu等计划进一步提升输水系统的性能，为其应用做好准备。他说：“我们希望优化实验方案以满足大规模生产需求。输水高度、输水速度和集水效率还有继续提升的空间。”

期刊来源：《美国化学会·纳米》

期刊编号：1936-0851

原文链接：

https://phys.org/news/2019-07-antigravity-trees.html

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