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如何開發(fā)凈化效率高、使用壽命長(zhǎng)、無需復(fù)雜維護(hù)的凈化系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)行業(yè)的痛點(diǎn)？廈門大學(xué)侯旭教授團(tuán)隊(duì)突破面向空氣凈化的未來技術(shù)，為空氣凈化器的設(shè)計(jì)提供了全新的液體門控思路。9月26日，這項(xiàng)最新研究成果在Nature線上發(fā)表。廈大化學(xué)化工學(xué)院博士生張運(yùn)茂為該論文的第一作者，化學(xué)化工學(xué)院、物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院雙聘教授侯旭為獨(dú)立通訊作者。

該研究首次運(yùn)用“響應(yīng)性液體門控技術(shù)”提出不同微尺度顆粒物在水界面上的高效過濾與吸收的核心機(jī)制，打通了現(xiàn)有空氣凈化中從過濾吸收、防污防腐、抗菌除臭到長(zhǎng)期運(yùn)行的技術(shù)難關(guān)，解開了液體作為結(jié)構(gòu)與功能材料如何實(shí)現(xiàn)電化學(xué)可控微泡及其三相界面上高效傳質(zhì)的難題。

突破：門控液體助力空氣凈化

空氣污染物中的顆粒物濃度是空氣污染的一項(xiàng)重要指標(biāo)。它由固體、液體、有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)顆粒的復(fù)雜懸浮混合物組成，具有較大危害性。

如何去除這些顆粒物？目前直接有效的方式仍然是使用各種空氣過濾凈化系統(tǒng)。但缺點(diǎn)在于，這些系統(tǒng)多由多層纖維膜或多孔材料組成的過濾膜單元構(gòu)成，隨著顆粒物在其表面和內(nèi)部孔隙的堆積，這些過濾單元將不可避免地遭受堵塞問題，容塵能力從根本上限制了這類過濾裝置的效率和使用壽命。

侯旭團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)特定功能液體作為結(jié)構(gòu)與功能材料，通過調(diào)控顆粒物與液體之間相互作用進(jìn)而控制空氣——水界面上的物質(zhì)傳遞。該方法將傳統(tǒng)固體材料對(duì)污染物過濾所使用的有效表面積，轉(zhuǎn)換為液體材料對(duì)污染物過濾吸收的有效體積，既提高凈化效率，也增大凈化器的塵容量。

利用門控液體作為主要過濾材料，可以實(shí)現(xiàn)管路連接、自動(dòng)化、程序化控制，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)免維護(hù)、高效、低成本的系統(tǒng)運(yùn)行。這意味著，未來該技術(shù)將為工業(yè)、醫(yī)療、建筑等領(lǐng)域急需的防治大氣污染、提升空氣質(zhì)量、改善人居環(huán)境等環(huán)保、健康、民生問題提供保障。

△ 電化學(xué)響應(yīng)性液體門控水界面上的過濾與吸收機(jī)制示意圖

“我們還可以按照需要設(shè)計(jì)功能液體，賦予空氣凈化液門系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定制化凈化需求，比如，抗菌能力、耐腐蝕能力等。”侯旭介紹。

也就是說，該電化學(xué)液門空氣凈化系統(tǒng)還可與人工智能、微流控技術(shù)等集成應(yīng)用，有望實(shí)現(xiàn)智能空氣凈化，滿足不同環(huán)境下的空氣凈化需求。

幕后：5年時(shí)光只專注一件事

第一作者張運(yùn)茂于2017年考入廈大，進(jìn)入侯旭課題組。在五年的時(shí)光里，在導(dǎo)師指導(dǎo)和鼓勵(lì)下，他潛心研究，專注于基于電化學(xué)體系的液體作為功能門控材料的研究。

△ 侯旭（左一）和張運(yùn)茂在實(shí)驗(yàn)室里探討實(shí)驗(yàn)方案

不懈堅(jiān)持終于得見曙光。“隨著該技術(shù)的突破，未來也有望將促進(jìn)微型反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與開發(fā)并助力二氧化碳催化、乳化、化妝品、制藥等應(yīng)用領(lǐng)域的新技術(shù)研發(fā)?！睆堖\(yùn)茂信心滿滿，“值得一提的是，侯老師一直教導(dǎo)鼓勵(lì)我要沉下來，重視創(chuàng)新科研思維的訓(xùn)練，做0到1的研究?？蒲兄幸ラ_發(fā)我們自己的‘殺手锏’，可以說我們的核心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是使用我們課題組自主研制的測(cè)試表征系統(tǒng)，這些自研設(shè)備極大地豐富了我們實(shí)驗(yàn)過程中的測(cè)試手段和加深對(duì)實(shí)驗(yàn)新現(xiàn)象的機(jī)理理解?！?/span>

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05124-y