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就地取材:树枝“秒变”净水器

研究人员发现,裸子植物的木质部组织可用于滤除水分中的污染物。

松树和银杏树等不开花树木的内部含有边材(sapwood),边材内衬的类稻草导管被称作木质部(xylem)。吸水木质部导管通过薄膜相互连接。薄膜起到了天然过滤网的作用,能够滤除水和树液中的气泡。

美国麻省理工学院(MIT)的工程师们一直在研究边材的天然过滤能力,也曾用边材树枝的剥皮截面制作过简易过滤器。他们发现,这种设计虽然技术含量较低,但确实能够有效清除细菌。

当地时间3月25日,该团队在《自然通讯》杂志中阐述了改进的过滤技术,并证明其在现实生活中也能发挥作用。在实验室测试中,新的木质部过滤器滤除了大肠杆菌和轮状病毒等病原体。

随后,研究人员将净水技术带到印度,用当地的树木制作了过滤器,并进行了现场测试。结果表明,配有可替换木质部过滤器的简易过滤系统能够以1L/h的速率净化水。

其中,新技术对大肠杆菌和轮状病毒等污染物的清除率超过99%,使饮水达到了世卫组织规定的“二星综合保护”级别。

然而,在研制过程中,研究人员也发现了木质材料的自然过滤局限性。例如,随着木材逐渐干燥,筛状膜会粘附在导管壁上,过滤器的渗透性也被削弱。最终,过滤器还可能完全堵塞。研究人员用简单的方法解决了上述问题。论文作者Krithika Ramchander将边材的小横截面在热水中浸泡一小时,将其浸入乙醇后晾干。晾干的材料保留了渗透性,并且不会再堵塞。这成功延长了过滤器的保质期,使其能在干燥状态下保存(至少)两年后,依然具备良好的净水效果。

目前,研究人员正在探索大规模应用(尤其是在饮用水污染的地区)木质部过滤器的方法。研究团队建立了一个开源网站,用以提供以各类树木设计、制作过滤器的指导方案。

MIT教授Rohit Karnik说:“由于原材料随处可得,制造过程也很简单,这种过滤器很容易在社区中推广。我们希望木质部过滤器,能够充当饮水困难地区居民的水质健康守护神。”

Ramchander说:“过滤器能够处理细菌污染物。但它是否也能处理砷和氟化物等化学污染物?我们还不得而知。”

研究人员Megha Hegde补充:“根据反馈信息,用户评价很高的点在于,这种过滤器是用人人都认识、随处可见的天然材料制作的。我们还发现,相较于一次性支付大量费用,低收入家庭人群更倾向于每天支付少量净水费用。新型过滤器正好能弥补现有过滤器的缺点,后者的更换成本实在太高了。”

科界原创

编译:德克斯特

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊来源:《自然通讯》

期刊编号:2041-1723

原文链接:

https://techxplore.com/news/2021-03-filters-tree-purify.html

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