哈工大全媒體（劉培香于源/文于源/圖）近日，我校城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室尤世界教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種仿生渦流錨固過(guò)濾器（Vortex-anchoredfilter,VAF），實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜流動(dòng)水體中懸浮油、乳化油和溶解油類污染物原位、高效、穩(wěn)定捕集清除，相關(guān)研究成果以《受深海玻璃海綿啟發(fā)的過(guò)濾器用于湍流條件下油類污染物清除》（Afilterinspiredbydeep-seaglassspongesforoilcleanupunderturbulentflow）為題發(fā)表在《自然通訊》（NatureCommunications）上。
石油污染是全球區(qū)域性污染事件，社會(huì)、環(huán)境、生態(tài)影響大，年經(jīng)濟(jì)損失達(dá)百億美元。因此，石油污染修復(fù)是行業(yè)重大需求，是石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。在實(shí)際應(yīng)用中，攔截和吸附一直是油類污染物捕集和清除的主要策略。然而在復(fù)雜的水動(dòng)力條件下，捕集設(shè)備易受湍流曳力干擾而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、界面?zhèn)髻|(zhì)阻斷和逃逸泄漏等問(wèn)題。如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜流場(chǎng)尤其是湍流條件下油類污染物高效穩(wěn)定捕集，是當(dāng)前全球面臨的共性技術(shù)難題。
受深海玻璃海綿啟發(fā)的渦流錨固過(guò)濾器用于復(fù)雜水動(dòng)力條件下油類污染物捕集
深海玻璃海綿（又稱“維納斯花籃”）是一種在1000m水下固著生長(zhǎng)存活上萬(wàn)年的生物，在適應(yīng)惡劣環(huán)境的自然選擇過(guò)程中演化出獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，對(duì)復(fù)雜流態(tài)和貧營(yíng)養(yǎng)環(huán)境具有良好的適應(yīng)性。受這一現(xiàn)象啟發(fā)，尤世界教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了一種仿玻璃海綿渦流錨固過(guò)濾器（VAF）并利用3D打印技術(shù)進(jìn)行重構(gòu)，解析了內(nèi)棋盤網(wǎng)格+外脊螺旋復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)外部湍流能量削減轉(zhuǎn)化形成內(nèi)部小尺度渦流的多物理場(chǎng)場(chǎng)協(xié)同機(jī)制，賦予了VAF卓越的流體動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性、高效的界面?zhèn)髻|(zhì)特性和更長(zhǎng)的內(nèi)部停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了亞臨界至超臨界流態(tài)范圍內(nèi)穩(wěn)定捕集浮油、乳化油和溶解油，捕集率高于97%。該研究體現(xiàn)了環(huán)境工程、流體力學(xué)、生物物理學(xué)和仿生學(xué)的深度交叉融合，為解決復(fù)雜水動(dòng)力環(huán)境下的油類污染原位捕集和水環(huán)境修復(fù)提供了全新的思路和方法。
我校城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為論文第一完成單位，尤世界教授為論文唯一通訊作者，于源助理研究員為論文第一作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后基金和黑龍江省博士后基金的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-55587-y
來(lái)源：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
京公網(wǎng)安備 11010802021286號(hào)