[发明专利]一种具有传输功能的淡水收集纤维的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于化学仿生技术领域，具体涉及一种具有传输功能的淡水收集纤维的制备方法及其应用。

背景技术

目前，水资源匮乏已成为世界性问题，其将严重影响国民经济的可持续发展和国家生态安全，且对人类的生存构成了极大的威胁。

根据联合国环境规划署的数据，全球干旱地区的面积约占陆地总面积的41％。而在我国，干旱地区的面积也达到了2.5×10⁶km²，约占国土面积的1/4。并且，随着全球变暖所引起的气候异常，水资源匮乏的问题在有的地方也愈演愈烈。此外，有的沿海地区也因为面临淡水资源匮乏的局面，不得不耗费大量的能源进行海水淡化。然而与此同时，人们却注意到，即使是极度缺水的地区，在雾气中也含有大量的水份。因此，如果能够充分利用雾气中的水份，使其在某种条件下凝结并收集就有望在很大程度上解决水资源匮乏的问题。

自然界中的生物经过长期的进化过程获得了在极度缺水环境中生存的本领。仿生制备低能耗、高效率、环境友好的新型集水材料有望成为解决水资源匮乏问题的新途径。传统的集水材料一般是亲水的织物或者导热性质好的金属。例如，秘鲁政府为开发雾水资源，在该国西临太平洋的多雾地区设立了两个雾水收集站。雾水收集器用尼龙网制成，尼龙网支架下用一个大铁盘收集。其雾水收集量换算成降雨量分别是296.8毫米和165.1毫米。西班牙科学家还发明了一种由聚氨基甲酸乙酯制成的人造树，这种酚泡沫塑料吸水性能非常强，与雾的接触面积又很大，散热很快，因而能够凝聚大量的水份。我国许多生活在多雾气候地区的居民也已经开始用类似的传统集水材料从雾气中收集淡水。尽管如此，这些方法操作复杂，成本较高，集水效率也有待提高。

发明内容

针对现有技术中集水效率不高，无法满足广大缺水地区对水的需要，且成本高、不环保的缺陷，本发明提出一种具有传输功能的淡水收集纤维的制备方法及其应用，可以高效的收集空气中的微小水滴而使之成为淡水，利用纤维的纺锤节(也叫突起节)梯度，实现水滴定向的传输移动，实现淡水的收集，并且应用所述的淡水收集纤维可以除雾。

本发明提出的一种具有传输功能的淡水收集纤维的制备方法，具体包括以下几个步骤：

步骤一：纤维的固定：

利用胶体将纤维以一定的倾斜角度固定在支架上，纤维平均直径优选5～100μm，倾斜角度优选10°～20°，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机上。

步骤二：制备质量分数为5～9％的聚合物溶液：

将聚合物添加至溶剂中，搅拌24h以上，得到澄清透明的，质量分数为5～9％的聚合物溶液，所述的溶剂为N，N-二甲基乙酰胺(DMA)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或四氢呋喃；所述的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。

步骤三：提拉产生大小顺序排列的突起节：

将固定有纤维的支架完全浸泡在步骤二中制备的聚合物溶液中，浸泡时间为30s以上，然后以150～200mm/min的速度进行提拉，在纤维上产生大小顺序排列的突起节。

步骤四：干燥：

提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行室温干燥10min以上，得到具有按照高度大小顺序排列的突起节的纤维，而且突起节的高度由小到大均匀增加。

应用本发明提出的一种具有传输功能的淡水收集纤维的制备方法，得到的淡水收集纤维在90％湿度下收集水滴，水滴在长大的过程中从高度较小的突起节向高度较大的突起节合并，当在较大的突起节上形成足够大的水滴时，在重力作用下，自动掉落，可采用引流收集器收集水滴。

上述方法制备得到的淡水收集纤维的应用，应用所述的淡水收集纤维编织成淡水收集纤维网，网格面积为0.25～1cm²，应用该淡水收集纤维网进行淡水收集，可以收集雾气中的淡水，增大空气能见度，而且集水效率高，可以除雾。

本发明具有的优点在于：

1、本发明提供的一种具有传输功能的淡水收集纤维的制备方法，过程简单，可操作性强，对环境无任何伤害；

2、本发明提供的一种具有传输功能的淡水收集纤维的制备方法，所使用的聚合物具有良好的户外稳定性，不易降解，耐用，可延长使用年限；

3、本发明提供的一种具有传输功能的淡水收集纤维的制备方法，制备得到的纤维表面的突起节高度从小到大均匀增大可控，其表面具有更微观的突起或微孔，增加了空气水滴的碰撞几率和铺展速度，使得集水的效率得以提高；