[發(fā)明專利]一種具有傳輸功能的淡水收集纖維的制備方法及其應用

有效

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• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN102587139A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設計）人: 鄭詠梅;陳媛;薛焱;王琳;江雷
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: D06M15/263
• 分類號: D06M15/263;D06M15/256;D06B3/04;D06B23/04
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本發(fā)明屬于化學仿生技術領域，具體涉及一種具有傳輸功能的淡水收集纖維的制備方法及其應用。

背景技術

目前，水資源匱乏已成為世界性問題，其將嚴重影響國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和國家生態(tài)安全，且對人類的生存構成了極大的威脅。

根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的數(shù)據(jù)，全球干旱地區(qū)的面積約占陸地總面積的41％。而在我國，干旱地區(qū)的面積也達到了2.5×10⁶km²，約占國土面積的1/4。并且，隨著全球變暖所引起的氣候異常，水資源匱乏的問題在有的地方也愈演愈烈。此外，有的沿海地區(qū)也因為面臨淡水資源匱乏的局面，不得不耗費大量的能源進行海水淡化。然而與此同時，人們卻注意到，即使是極度缺水的地區(qū)，在霧氣中也含有大量的水份。因此，如果能夠充分利用霧氣中的水份，使其在某種條件下凝結并收集就有望在很大程度上解決水資源匱乏的問題。

自然界中的生物經(jīng)過長期的進化過程獲得了在極度缺水環(huán)境中生存的本領。仿生制備低能耗、高效率、環(huán)境友好的新型集水材料有望成為解決水資源匱乏問題的新途徑。傳統(tǒng)的集水材料一般是親水的織物或者導熱性質好的金屬。例如，秘魯政府為開發(fā)霧水資源，在該國西臨太平洋的多霧地區(qū)設立了兩個霧水收集站。霧水收集器用尼龍網(wǎng)制成，尼龍網(wǎng)支架下用一個大鐵盤收集。其霧水收集量換算成降雨量分別是296.8毫米和165.1毫米。西班牙科學家還發(fā)明了一種由聚氨基甲酸乙酯制成的人造樹，這種酚泡沫塑料吸水性能非常強，與霧的接觸面積又很大，散熱很快，因而能夠凝聚大量的水份。我國許多生活在多霧氣候地區(qū)的居民也已經(jīng)開始用類似的傳統(tǒng)集水材料從霧氣中收集淡水。盡管如此，這些方法操作復雜，成本較高，集水效率也有待提高。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中集水效率不高，無法滿足廣大缺水地區(qū)對水的需要，且成本高、不環(huán)保的缺陷，本發(fā)明提出一種具有傳輸功能的淡水收集纖維的制備方法及其應用，可以高效的收集空氣中的微小水滴而使之成為淡水，利用纖維的紡錘節(jié)(也叫突起節(jié))梯度，實現(xiàn)水滴定向的傳輸移動，實現(xiàn)淡水的收集，并且應用所述的淡水收集纖維可以除霧。

本發(fā)明提出的一種具有傳輸功能的淡水收集纖維的制備方法，具體包括以下幾個步驟：

步驟一：纖維的固定：

利用膠體將纖維以一定的傾斜角度固定在支架上，纖維平均直徑優(yōu)選5～100μm，傾斜角度優(yōu)選10°～20°，用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機上。

步驟二：制備質量分數(shù)為5～9％的聚合物溶液：

將聚合物添加至溶劑中，攪拌24h以上，得到澄清透明的，質量分數(shù)為5～9％的聚合物溶液，所述的溶劑為N，N-二甲基乙酰胺(DMA)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或四氫呋喃；所述的聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。

步驟三：提拉產(chǎn)生大小順序排列的突起節(jié)：

將固定有纖維的支架完全浸泡在步驟二中制備的聚合物溶液中，浸泡時間為30s以上，然后以150～200mm/min的速度進行提拉，在纖維上產(chǎn)生大小順序排列的突起節(jié)。

步驟四：干燥：

提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行室溫干燥10min以上，得到具有按照高度大小順序排列的突起節(jié)的纖維，而且突起節(jié)的高度由小到大均勻增加。

應用本發(fā)明提出的一種具有傳輸功能的淡水收集纖維的制備方法，得到的淡水收集纖維在90％濕度下收集水滴，水滴在長大的過程中從高度較小的突起節(jié)向高度較大的突起節(jié)合并，當在較大的突起節(jié)上形成足夠大的水滴時，在重力作用下，自動掉落，可采用引流收集器收集水滴。

上述方法制備得到的淡水收集纖維的應用，應用所述的淡水收集纖維編織成淡水收集纖維網(wǎng)，網(wǎng)格面積為0.25～1cm²，應用該淡水收集纖維網(wǎng)進行淡水收集，可以收集霧氣中的淡水，增大空氣能見度，而且集水效率高，可以除霧。

本發(fā)明具有的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明提供的一種具有傳輸功能的淡水收集纖維的制備方法，過程簡單，可操作性強，對環(huán)境無任何傷害；

2、本發(fā)明提供的一種具有傳輸功能的淡水收集纖維的制備方法，所使用的聚合物具有良好的戶外穩(wěn)定性，不易降解，耐用，可延長使用年限；

3、本發(fā)明提供的一種具有傳輸功能的淡水收集纖維的制備方法，制備得到的纖維表面的突起節(jié)高度從小到大均勻增大可控，其表面具有更微觀的突起或微孔，增加了空氣水滴的碰撞幾率和鋪展速度，使得集水的效率得以提高；