凈水裝置，在今天已經(jīng)不是什么稀罕的物件了。但對于一般非專業(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。今天，我們把這個“神器”拆了，借電子顯微鏡的“眼”，看看高校是怎么做的。
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)勢并不是因為它的機械結(jié)構(gòu)，而在于黃小軍副教授研究團隊實現(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，都像是“拉面”，但放大在電子顯微鏡下，這個學(xué)名為“梯度微孔結(jié)構(gòu)的凈水中空纖維膜”的工作原理是水源從外壁迅速進入，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。
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”水分子進入膜內(nèi)。與此同時，研發(fā)團隊還提高了“抓取”水分子的效率和數(shù)量。黃小軍說：“通過反復(fù)試驗對比，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，實現(xiàn)更快速、更輕易的過濾凈化過程�！�
研發(fā)團隊通過梯度溫控技術(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)并保持膜的機械強度，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形結(jié)構(gòu)，使進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，隔開進水與出水的交互污染。為了確保整個濾芯組件更安全高效地運作，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，進一步改善水質(zhì)與飲用水口感。
“膜”的研究和制備，一直是浙江大學(xué)高分子學(xué)科領(lǐng)域的強項，并以前端基礎(chǔ)研究推動著我國膜產(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0.03微米，遠遠小于自然水源中的最大威脅——細菌的直徑，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“863”項目總體專家技術(shù)鑒定，并推選為年度“863”項目技術(shù)亮點成果，目前已經(jīng)進入規(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。
