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环境学院王允坤副教授仿生植物脱盐机制研究取得进展

发布日期:2020年02月24日 11:55 点击次数:

[本站讯]2月21日,Science Advances在线发表了山东大学环境科学与工程学院王允坤副教授与美国耶鲁大学、明尼苏达大学及加拿大英属哥伦比亚大学合作者的题为“Capillary-driven desalination in a synthetic mangrove”的研究论文。该论文报道了仿生红树林(Mangrove)植物毛细张力驱动脱盐过程和机制。山东大学为该论文第一完成单位,王允坤副教授为单独第一作者。

红树林是生长在热带、亚热带海岸潮间带的典型盐生植物类群,是维护海岸生态平衡和生物多样性的重要植被类型。由于生长在海岸高盐生境,红树植物进化出一套有别于陆生植物或淡水水生植物的耐盐适应机制。植物学家围绕此问题开展了大量研究工作,目前被广泛接受的理论是红树植物通过叶面蒸腾作用产生负压驱动力,经根系拒盐和茎部亚稳态条件下稳定水传输从海水中汲取淡水。但是,此理论尚未在工程系统中得到证实。

基于此,王允坤副教授及其合作者通过建立仿生实验装置(下图):纳米孔道氧化铝膜或水凝胶填充的多孔聚合物膜作为叶面,超亲水多孔玻璃粉作为茎,聚合物反渗透膜作为树根,探究了红树林植物盐水分离和水分子传输机制。实验结果证明,叶面可通过蒸腾作用产生表面张力诱导的超高负压,在根部以近乎完全盐截留条件下,实现从超高浓度盐水中提取淡水。氧化铝膜仿生叶面产生负压跟Young-Laplace方程计算理论值精确吻合,而水凝胶仿生叶面可产生高达~338 bar的负压,远超常规反渗透~80 bar的典型操作压力。

红树林植物(左),模拟红树林实验装置(右)和水传质机理(中)示意图

研究首次在工程系统中模拟了红树植物负压驱动脱盐过程,不仅从实验上证实了基于内聚力学说(Cohesion-tension theory)的植物负压下水分子传输过程和脱盐机制,还为工程系统被动分离过程提供了新的可能性。论文一经发表,引起多家媒体关注,英国卫报(The Guardian)和耶鲁新闻(Yale News)分别以“Device inspired by mangroves could help clear up flood water”和“Device mimics the mangrove’s water-purifying power”对此研究成果进行了专题报道,积极评述了此研究的重要意义和应用价值。

该项研究得到国家自然科学基金、国家留学基金委博士后基金等资助。

论文链接Capillary-driven desalination in a synthetic mangrove

视频介绍

媒体报道

Yale News:Device mimics the mangrove’s water-purifying power

The Guardian:Device inspired by mangroves could help clear up flood water


【供稿单位:环境学院    作者:邱潇    编辑:新闻网工作室    责任编辑:张丹丹  】

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