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    仿生净水技术:3D打印鱼嘴型涡旋过滤效率高

    文章来源:北京赛车净水器技术部人气:发表时间:16-04-28 14:35:33

    鱼嘴型过滤器

    鱼嘴过滤原理图

          2016年3月世界著名杂志《自然-通讯》上发布了一种新的液体过滤机制,该机制受到滤食性鱼类嘴部结构启发,通过液体中的涡旋高效截获颗粒物,甚至有潜力捕获比过滤器本身网眼更小的颗粒。这项发现可以用于一系列需要对液体进行有效过滤的工业应用上,例如生产啤酒和奶制品。对净水技术发展来讲,是一种新型的仿生过滤技术,比如现在风靡全球的RO反渗透纯水过滤技术就是海鸥体内的膜发明的。

          滤食性鱼类,例如金鱼和鲸鲨,都能够在滤食时保留食物颗粒,但不让自己的口腔过滤器被不想要的杂物堵塞。然而让滤食性鱼类避免堵塞的流体动力学过程,过去一直不清楚。

          美国威廉与玛丽学院的Laurie Sanderson和她的研究团队研究了这个过程,并设计了一个3D打印的锥形尼龙塑料模型,模仿了匙吻鲟和姥鲨口腔中的鳃弓结构。他们研究了模型在一个试验水流池中的表现,以及三种匙吻鲟的口腔结构。研究者显示,模型中的过滤结构和鱼的过滤结构都是通过在液体中产生涡旋捕获食物颗粒,防止堵塞的。鳃弓是硬骨或软骨形成的弓形结构,用于支撑鳃,起到了特定的肋片作用(称为D型肋片),帮助鱼口腔中的水流动,形成水流和涡旋。这些肋片帮助小颗粒的集中,提高了捕获食物的效率。

    鱼嘴型涡旋过滤器

    仿鱼嘴的高效过滤器

          研究提出的这个新机制,又叫做“涡旋跨步过滤”模式,可以推导到其他拥有类似口腔结构的滤食性生物上,例如蝌蚪的鳃过滤,鸭喙栉片和鲸须板。这些研究成果也为设计更有效的工业过滤器铺平了道路,从而可能带来更高效的过滤过程。

          现在全世界直饮水饮用最广的是反渗透,RO反渗透膜的发明,当初是一种仿生技术,据传瑞得教授看见海鸥在海上喝水,就想,它喝咸水能行吗 ?后来经过仔细观察,发现海鸥喝一口海水以后,过一会要吐出半口水(其实就是浓缩水,也就是净水器上的废水),后来抓了些海鸥回去解剖分析发现海鸥的体内有一种膜结构,可以淡化海水,海鸥胃里的水是淡水,比海水更咸的浓缩水被吐出来了,这层膜就是RO膜的雏形。同样是仿生学研究的鱼嘴型涡旋过滤,可能带来更高效的过滤过程,“涡旋跨步过滤”模式,能否进行有效过滤的工业应用上,让我们拭目以待。



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