不起眼的貽貝從太陽(yáng)能蒸汽發(fā)生到去除廢水中的重金屬

2019-07-22 15:42:17    來(lái)源:    作者:

使貽貝能夠附著(zhù)在巖石和船體上的化學(xué)物質(zhì)很快就會(huì )提供清理溢油和凈化水的解決方案。來(lái)自中國和美國的科學(xué)家在Matter雜志上撰寫(xiě)了一系列工程研究計劃,這些計劃的靈感來(lái)自于不起眼的貽貝,從太陽(yáng)能蒸汽發(fā)生到去除廢水中的重金屬。

“貽貝在海洋工業(yè)中被廣泛認為是一種麻煩,因為它們將在水下表面進(jìn)行殖民化,”來(lái)自中國中山大學(xué)的楊浩成說(shuō)。

但正是這種貽貝能夠與其他表面形成強大的水下附著(zhù)物,這激發(fā)了科學(xué)家通過(guò)模仿生物化學(xué)來(lái)解決一系列問(wèn)題。

貽貝通過(guò)使用細長(cháng)的,令人驚訝的強壯的穗線(xiàn) - 一束分泌的細絲(通常稱(chēng)為胡須)附著(zhù)在巖石上來(lái)抵御強大的水流和強力波浪。

這些線(xiàn)的粘合力來(lái)自稱(chēng)為二羥基苯丙氨酸(DOPA)的氨基酸,其通過(guò)進(jìn)行分子體操(包括氫鍵和疏水和靜電相互作用)而附著(zhù)于表面。

科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現,DOPA可以通過(guò)這些相互作用粘附在各種表面上 - 其兄弟化學(xué)物質(zhì)多巴胺和聚多巴胺(PDA)也是如此。

研究人員報告稱(chēng),這種特性刺激了貽貝化學(xué)物質(zhì)的增長(cháng),成為材料表面工程和環(huán)境科學(xué)的強大新工具。

例如,工程師們正在開(kāi)發(fā)一種用“超潤濕”劑分離油和水的新方法,該方法利用貽貝化學(xué)品的粘合作用將液體彼此遠離。

作者寫(xiě)道:“石油泄漏和石油污染是對海洋環(huán)境和生態(tài)系統的持續全球挑戰。” “傳統的膜和吸附劑無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(cháng)的有效油/水分離需求。”

研究人員認為,這種貽貝驅動(dòng)的創(chuàng )新可能適合大規模生產(chǎn),有可能減少石油泄漏后對海洋環(huán)境的環(huán)境破壞。

貽貝也激發(fā)了水凈化技術(shù)的進(jìn)步。能夠從廢水中去除重金屬,有機污染物和病原體的創(chuàng )新材料正在從PDA中開(kāi)發(fā)出來(lái),這種材料很容易與這些污染物結合。

科學(xué)家們正在研究PDA將光轉換成熱量的非凡能力。PDA可吸收99%的光子能量,并在幾萬(wàn)億分之一秒內將其轉化為熱能,可用于制造靈活,可擴展且完全可生物降解的光熱蒸發(fā)器,以實(shí)現高效太陽(yáng)能蒸汽發(fā)生。

在將這些創(chuàng )新應用于現實(shí)世界之前,仍然必須克服挑戰。

科學(xué)家們仍在努力充分了解貽貝靈感化學(xué)物質(zhì)的特性,并了解影響其粘附特性的氨基酸之間復雜的相互作用。

科學(xué)家們總結道:“展望未來(lái),貽貝化學(xué)的化學(xué)成分與3D打印等新興技術(shù)的融合具有令人興奮的潛力,可以設計高性能功能材料,同時(shí)對結構和界面特性進(jìn)行前所未有的控制。

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