太空水循环系统有何奥妙 可以将汗水过滤干净?

在太空生活中,水是最珍贵的资源,据估计,将1加仑的水运送到亚轨道太空需要花费至少8.3万美元。为了解决宇航员太空生活用水问题,NASAJSC于2000年开始与纳米材料公司Argonide签订小企业创新研究(SBIR)合同,开发水循环过滤、消毒系统。2002年,该公司基于纳米纤维核心技术开发出了NanoCeram滤芯,经验证可以为太空饮用水提供卓越的净化效果,使用该技术,宇航员的汗水及尿液亦可并入水回收系统实现高效净化。

过滤


NanoCeram滤芯采用纳米氧化铝纤维复合在直径9.65mm的玻璃纤维上制成,其中,纳米纤维平均直径约为2nm,平均长度约为200~300nm,滤芯比表面积高达500m2/g,且纤维带有正电荷。

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在过滤时,尺寸大于2μm的杂质由于纳米纤维的拦截作用直接被过滤,而更细小的粒子等则由于带有轻微负电荷,被带有正电荷的纳米氧化铝纤维吸附过滤,因此单层过滤介质对0.025μm粒子的过滤效率即可达到99.99%(3层介质可达99.9999%),从而可以有效地去除水中的细菌、病毒、有机物颗粒、寄生虫以及铁、铅等重金属粒子。同时,由于该过滤介质具有相对于其过滤杂质粒子更大的孔径,因而具有高流动性、高容尘量和低压降优势。

虽然NanoCeram是为宇航员太空用水而开发,但作为一项通用性很强的技术,其在民用领域也具有巨大的潜在应用价值:全球大约有9亿人缺少安全和经过净化的饮用水,每年有300万~400万人死于和水污染有关的疾病;而野外行军、徒步旅行等也对便携的实时水净化设备具有迫切需求;等等。

因此,NanoCeram技术很快就在民用领域得以拓展。如,2006年Argonide公司将NanoCeram过滤技术授权给了Ahlstrom(奥斯龙)公司,此后奥斯龙基于NanoCeram技术完成了商品名为“Disruptor?”的纳米铝纤维介质材料的商业化生产,并在此基础上通过添加活性炭粉末(PAC)进一步提高了介质(Disruptor?PAC)的过滤性能,在民用饮用水过滤领域得到了广泛的应用。

此外,NASA2017年对NanoCeram技术市场化情况的报告中,介绍了一家总部位于犹他州的净水器公司WaterPureTechnologies的便携式水净化装置WaterResQ及其升级版的MobileWaterResQU.V.系统。该系统将水净化系统配置在一个便携的手提箱中,可以用太阳能电池板充电或手摇充电,每分钟可以过滤2.9加仑的水,且可以添加针对高污染水的额外过滤模块。目前,该公司已经获得了来自消防跳伞旅、紧急救援组织以及军方等的订单。

在太空水循环过滤过滤技术的基础上,NASA还在进一步提高其太空循环水的结净度,以期在太空生产静脉注射级(IntraVenous,IV)净水。由于每次空间任务中宇航员都有生病或受伤的可能,且NASA国际空间站病人状况数据库已确认有115种可能发生在空间的医疗情况站需要静脉注射,如1名严重烧伤的宇航员在数周的治疗过程中需要约100L(仅前3天就需要30L)的IV液体。

NASA最近的一项研究报告显示,火星任务可能需要多达248L的静脉注射液,但目前空间站中只能存储12L液体,而如此巨大的IV液体需求进入太空的代价是巨大的——需要占据大量的空间、无菌要求高且保质期有限。

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为此,NASA设立了一项名为IntraVenousFluidGENerationforExplorationMissions(IVGEN)的项目,由肯尼迪航天中心和格伦研究中心合作开发了一种IV水净化测试系统,并于2010年在国际空间站中进行了测试,从NASA发布的测试结果来看,其在盐溶液浓度、气泡控制等方面还存在一些缺陷,项目以失败告终。但可以预见的是,如果这项技术开发成功,除了在空间站医疗领域外,其在野外战争、潜艇、远洋舰队以及民用医疗救援等领域具有非常好的应用前景和价值。太空水循环系统有何奥妙 可以将汗水过滤干净?插图3

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