竹纤毛细原理的发现和应用

来源 :发明与创新·中学生 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lifang877
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  一、发现问题
  前些日子,爸爸请了一帮伐竹工砍伐自家的成竹林。我意外地发现两个新砍的竹蔸里积留着小半筒清凌凌的水。竹蔸里的清水从哪儿来?竹林能否把污水变成清水?能否利用竹林净化水的原理,开发新技术来净化污水、海水?
  二、分析问题
  问题1:新砍的竹蔸腔体内的液体是什么?从哪里来?
  根据所查资料,竹蔸内的液体是竹液。竹液是从新鲜的竹体内流出的液汁,含有丰富的营养和生物酶。
  问题2:竹林能否把污水变成清水?
  研究表明,人工种植竹林能处理污水。一般先在基质坑内作防水处理,然后填铺焦渣,在焦渣上种植水竹,水竹经驯化后可无土栽培。
  实验步骤:
  1.用矿泉水瓶采集河水、泥水、盐水、生活污水、工业废水各1瓶,向5个烧杯分别倒入50ml,用TDS水质检测笔测出各杯样本水的纯净度。
  2.将5大束棉线的一头分别放入另外5个空烧杯中,另一头分别浸没到5杯水底部。静置一段时间后,观察5个空烧杯中的净化水量,并用TDS水质检测笔测出各杯净化水的纯净度。
  实验结论:利用棉线束的毛细现象能对污水、海水(盐水)起到显著的过滤、净化作用。相比传统利用沙石、活性炭等过滤污水,这种方法既能避免固体废弃物沉积在过滤层的表面,又能有效吸附异味物质,其反重力过滤的设计创意新颖。
  应用一:根据上述结果,可将本地污染严重的畜牧场污水通过合理的建筑设计,利用毛细原理和活性炭的吸附作用,经过净化处理后再排放,起到净化水的作用(如图1)。
  实验探究二:类比竹子的蒸腾作用原理,利用太阳能将水蒸发成水蒸气,进一步纯化;再利用液化原理,将纯化的水蒸气冷凝成可饮用的纯水。
  实验材料:河水、泥水、盐水、生活污水、工业废水各1瓶;50ml的烧杯10个、棉线5大束、凹底小矿泉水空瓶5个。
  实验步骤:
  1.将5个小矿泉水空瓶的凹底正中央分别钻一个直径为1cm的小洞,将5大束棉线的一头用铁丝分别扎进5个小矿泉水空瓶的底部洞中,拧紧瓶盖。
  2.在5个烧杯中各倒入50ml河水、泥水、盐水、生活污水、工业废水;将5个小矿泉水空瓶的底部分别放在5个盛水烧杯口上,并将5大束棉线的另一头分别浸没到5个空烧杯的底部。
  3.静置一天后,拧开瓶盖,小心地将5个小矿泉水瓶倒置,瓶口分别对准5个烧杯口(编号为河水①、泥水②、盐水③、生活污水④、工业废水⑤),收集并观察其冷凝水量,并用TDS水质检测笔测出各瓶净化水的纯净度。
  实验结果:
  1.③号杯中的净化水最多,但可溶物(电解质)的含量最高。
  2.类比竹子的蒸腾作用原理,利用太阳能将水蒸发成水蒸气,进一步纯化;最后利用液化原理,将纯化的水蒸气冷凝,即可得到可饮用的纯净水。液体的浓度梯度越大,蒸腾作用越强。
  根据实验结论,我们又分时段重做了探究二实验,分析五种液体通过毛细作用和蒸发、再冷凝液化的快慢与时间的关系(以6小时为一个时间段,共5个时间段)。结果发现,③号杯中的盐水在12小时之后,冷凝水量快速增加。鉴于③号杯中的盐水类似于海水,我们可以进一步采取如图2所示的装置对海水进行净化,从而得到可饮用的纯净水。
  我们设计的新型污水、海水净化处理模型经实践检验效果显著、成本低廉、能耗较低、清洁环保,值得进一步完善。
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