凈水裝置，在今天已經(jīng)不是什么稀罕的物件了。但對(duì)于一般非專業(yè)人士來說，引起關(guān)注和興趣的，往往是一幅一目了然的商品宣傳畫。在這一點(diǎn)上，歪果仁比較強(qiáng)。其中的科學(xué)原理很少媒體進(jìn)行科普式的解讀。這一點(diǎn)上，也是歪果仁比較強(qiáng)。那么，我們中果仁沒有么？其實(shí)不然。今天，我們把這個(gè)“神器”拆了，借電子顯微鏡的“眼”，看看中果仁是怎么做的。
浙大高分子系黃小軍副教授新近研發(fā)的一款凈水器，給出水原理就像自行車打氣一樣簡單，輕松將戶外水源轉(zhuǎn)化為安全直飲水。
在家用凈水器并不鮮見的當(dāng)下，這款中國“智造”的戶外凈水器悄然改變了市場格局，其核心競爭優(yōu)勢(shì)并不是因?yàn)樗臋C(jī)械結(jié)構(gòu)，而在于黃小軍副教授研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)的國產(chǎn)化的濾芯組件——超低壓下過濾、大通量產(chǎn)水、凈化效果優(yōu)異的“過濾紙”。
這種“過濾紙”，無論從顏色還是外觀，就像是“拉面”，但放大在電子顯微鏡下，圖像是這樣的：
梯度微孔結(jié)構(gòu)的凈水中空纖維膜截面圖
這個(gè)學(xué)名為“梯度微孔結(jié)構(gòu)的凈水中空纖維膜”，它的工作原理是水源從外壁迅速進(jìn)入，過濾后由內(nèi)壁滲出收集成凈化水。這種外壓式的過濾模式，可將戶外水源中的各種雜質(zhì)都截留在致密的管壁之外。團(tuán)隊(duì)的伙伴們畫了這樣一幅解說圖：
梯度微孔結(jié)構(gòu)的凈水中空纖維膜過濾示意圖
在中空纖維膜這種特殊“過濾紙”的制作工藝中，首先特殊在添加了親水組分。這類助劑可以在過濾水的過程中開啟捕獲功能，“伸手抓取”水分子進(jìn)入膜內(nèi)。與此同時(shí)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還提高了“抓取”水分子的效率和數(shù)量。黃小軍說：“通過反復(fù)試驗(yàn)對(duì)比，我們最終通過梯度溫控和微張力反饋技術(shù)，制造出具有國際頂尖水平的梯度微孔結(jié)構(gòu)的凈水中空纖維膜，實(shí)現(xiàn)更快速、更輕易的過濾凈化過程。”
研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過梯度溫控技術(shù)在膜的制備過程中“吹出”不同大小的“微氣泡”，并在微張力反饋技術(shù)牽引下將“微氣泡”按大小排列成外密內(nèi)疏的階梯式分布，最終形成梯度微孔結(jié)構(gòu)。這樣一來，密度較大的致密外壁可以截留水中雜質(zhì)并保持膜的機(jī)械強(qiáng)度，而疏松的內(nèi)壁則可以最快將水迅速排出，提高過濾水流量，提高凈化效率。
梯度微孔結(jié)構(gòu)的凈水中空纖維膜制備好后，科學(xué)家們將它們化零為整，集成膜束，曲折成180度置于濾芯底部。這種倒U型結(jié)構(gòu)，使進(jìn)入濾芯的水源能夠與中空纖維膜充分接觸并憑借自重從底部流出。濾芯底部的膜束之間使用封膠層密封，隔開進(jìn)水與出水的交互污染。為了確保整個(gè)濾芯組件更安全高效的運(yùn)作，在膜濾芯組件前置過濾中，還加入了納米碳纖維材料吸附凈化方式，進(jìn)一步改善水質(zhì)與飲用水口感。
梯度微孔結(jié)構(gòu)的凈水中空纖維膜制成濾芯的結(jié)構(gòu)圖
“膜”的研究和制備，一直是浙江大學(xué)高分子學(xué)科領(lǐng)域的強(qiáng)項(xiàng)，并以前端基礎(chǔ)研究推動(dòng)著我國膜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這次應(yīng)用于凈水器的梯度微孔結(jié)構(gòu)凈水中空纖維膜，其過濾精度可達(dá)0.03微米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于自然水源中的最大威脅——細(xì)菌的直徑，完全保證凈化水的安全性。目前，“梯度微孔結(jié)構(gòu)干態(tài)超親水中空纖維膜”這一研究成果，通過了“十二五”水重大專項(xiàng)“863”項(xiàng)目總體專家技術(shù)鑒定，并推選為年度“863”項(xiàng)目技術(shù)亮點(diǎn)成果，目前已經(jīng)進(jìn)入規(guī)?；a(chǎn)。在供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的當(dāng)下，擁有浙大“芯”的中國品牌凈化器，不僅可以為戶外愛好者提供清潔可靠的取水方式，未來還將在重大自然災(zāi)害中提供安全的戶外直飲器。
（柯溢能）
