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中国科学家成功开发首张图灵结构净水膜|欧冠竞猜登录

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  • 发布日期:2021-05-17
详细介绍
本文摘要:欧冠竞猜登录,欧冠决赛竞猜官网,长期从事膜科学研究的浙江大学化学工程与生物工程学院张林教授团队将图灵结构与膜研究结合起来,首次在膜上制作出纳米尺度的图灵结构。在大量实验中,科研人员试图添加各种亲水大分子,降低溶于水的反应物向油扩散的速度,在水与油的接触面上,与油的反应物反应形成具有周期变化的图灵结构的新型纳滤膜。

中国科学家成功开发首张图灵结构净水膜60多年前,英国科学家图灵预测,一些重复的自然斑图可能是由两种特定物质分子、细胞等相互反应或作用产生的。通过被称为反应-扩散的过程,这两个组成部分自愿组织成斑点、条纹、环形、螺旋、斑点等结构。后来的科学家证实了这个预想,把这样的构造称为图灵构造。

结构

长期从事膜科学研究的浙江大学化学工程与生物工程学院张林教授团队将图灵结构与膜研究结合起来,首次在膜上制作出纳米尺度的图灵结构。该项首次针对应用领域构建图灵结构的研究成果于5月4日在国际顶级期刊科学上发布。

图灵结构产生的示意图。左是指在反应-扩散过程中两种反应物-活化剂和抑制剂的相互作用,右是该过程中产生的两种典型的图灵结构。界面聚合制备超薄分离膜技术自上世纪80年代出现以来相当成熟,但同一界面聚合制备的纳滤膜和反渗透膜制备技术和反应机理完全一致,但两者的表面结构差异很大:纳滤膜表面光滑,反渗透膜表面峰谷结构,粗糙。

反应物

为什么会有如此明显的差异?张林队决定深入研究这个被忽视的问题。深入研究差异原因时,发现界面聚合过程是典型的反应-扩散系统。

这个令人兴奋的发现,让他们很快联想到了图灵结构的形成条件。在分析差异原因的过程中,我们在考虑是否有可能使纳入过滤器成为图形结构经过仔细分析和讨论,研究团队建议在扩散系数小的反应物水溶液中添加阻碍反应物扩散的亲水分子。在大量实验中,科研人员试图添加各种亲水大分子,降低溶于水的反应物向油扩散的速度,在水与油的接触面上,与油的反应物反应形成具有周期变化的图灵结构的新型纳滤膜。经过长时间的不断试验,科研人员发现,聚乙烯醇作为抑制反应物扩散的亲水大分子效果最佳。

有了聚乙烯醇对反应物扩散的障碍作用,原本光滑的膜表面真的长出了图灵结构。张林教授表示,纳滤是目前最先进的水处理技术之一,降低处理成本在工业水回收、饮用水安全保障、雨水资源化利用、西部苦咸水处理等领域发挥积极作用。在实验中成功开发出具有图灵结构的新膜后,必须从理论上进行论证。判断是否为图灵结构的标准是图案和结构呈周期性变化,反应过程中两种反应物的扩散差异达到一个数量级以上。

图案的周期性变化,科学研究团队通过观察和方程解决可以得到理论认证,但测量扩散极差一度成为验证整体的难点。纳滤膜的界面聚合制备,往往只需不到一分钟就完成,而加入亲水大分子后扩散速度的变化传统测试方法几乎失灵。最终科学研究人员通过核磁共振进行表征,测定了加入亲水高分子后两种反应物的扩散速度差,实验确实成功地制作了具有图灵结构的新型分离膜。

图灵

对于这项研究,三位论文评审专家都给出了很高的评价。其中一位评查专家认为,这是一种非常有趣的新型脱盐膜,据我所知,这是第一次尝试在膜上制作纳米尺度图灵结构的报道。浙江大学化学工程和生物工程学院2014级博士生谭喆是本文的第一作者,张林教授是本文的通信作者。化工与生物工程学院陈圣福教授、化工与生物工程学院兼职教授高从院士与浙江大学材料科学与工程学院彭新生教授合作参加课题研究。

本研究得到国家自然科学基金和国家基础研究计划的支持。


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