哈工大全媒體（劉培香于源/文于源/圖）近日，我校城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗室尤世界教授團隊研發(fā)出一種仿生渦流錨固過(guò)濾器（Vortex-anchoredfilter,VAF），實(shí)現了復雜流動(dòng)水體中懸浮油、乳化油和溶解油類(lèi)污染物原位、高效、穩定捕集清除，相關(guān)研究成果以《受深海玻璃海綿啟發(fā)的過(guò)濾器用于湍流條件下油類(lèi)污染物清除》（Afilterinspiredbydeep-seaglassspongesforoilcleanupunderturbulentflow）為題發(fā)表在《自然通訊》（NatureCommunications）上。
石油污染是全球區域性污染事件，社會(huì )、環(huán)境、生態(tài)影響大，年經(jīng)濟損失達百億美元。因此，石油污染修復是行業(yè)重大需求，是石油工業(yè)可持續發(fā)展的重要保障。在實(shí)際應用中，攔截和吸附一直是油類(lèi)污染物捕集和清除的主要策略。然而在復雜的水動(dòng)力條件下，捕集設備易受湍流曳力干擾而導致結構失穩、界面傳質(zhì)阻斷和逃逸泄漏等問(wèn)題。如何實(shí)現復雜流場(chǎng)尤其是湍流條件下油類(lèi)污染物高效穩定捕集，是當前全球面臨的共性技術(shù)難題。
受深海玻璃海綿啟發(fā)的渦流錨固過(guò)濾器用于復雜水動(dòng)力條件下油類(lèi)污染物捕集
深海玻璃海綿（又稱(chēng)“維納斯花籃”）是一種在1000m水下固著(zhù)生長(cháng)存活上萬(wàn)年的生物，在適應惡劣環(huán)境的自然選擇過(guò)程中演化出獨特的結構，對復雜流態(tài)和貧營(yíng)養環(huán)境具有良好的適應性。受這一現象啟發(fā)，尤世界教授團隊創(chuàng )新提出了一種仿玻璃海綿渦流錨固過(guò)濾器（VAF）并利用3D打印技術(shù)進(jìn)行重構，解析了內棋盤(pán)網(wǎng)格+外脊螺旋復合結構對外部湍流能量削減轉化形成內部小尺度渦流的多物理場(chǎng)場(chǎng)協(xié)同機制，賦予了VAF卓越的流體動(dòng)力學(xué)穩定性、高效的界面傳質(zhì)特性和更長(cháng)的內部停留時(shí)間，實(shí)現了亞臨界至超臨界流態(tài)范圍內穩定捕集浮油、乳化油和溶解油，捕集率高于97%。該研究體現了環(huán)境工程、流體力學(xué)、生物物理學(xué)和仿生學(xué)的深度交叉融合，為解決復雜水動(dòng)力環(huán)境下的油類(lèi)污染原位捕集和水環(huán)境修復提供了全新的思路和方法。
我校城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗室為論文第一完成單位，尤世界教授為論文唯一通訊作者，于源助理研究員為論文第一作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、中國博士后基金和黑龍江省博士后基金的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-55587-y
來(lái)源：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
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