納米尖端水流撕裂殺菌機(jī)制助力綠色高效消毒

清華大學(xué)深圳國際研究生院吳乾元、楊誠和環(huán)境學(xué)院胡洪營團(tuán)隊開發(fā)了水處理新型消毒技術(shù)。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）?，F(xiàn)有消毒技術(shù)通過強(qiáng)氧化或紫外輻照作用殺滅微生物，面臨能耗藥耗高、有毒有害副產(chǎn)物易生成等問題。研究人員利用多孔泡沫銅制備了碳包覆納米線，當(dāng)受污染水樣流經(jīng)這一材料時，即可對水中細(xì)菌造成嚴(yán)重的機(jī)械破損。結(jié)合流場計算、細(xì)菌機(jī)械強(qiáng)度測試及細(xì)菌受力有限元模擬，證實碳包覆納米尖端的瞬時黏附-流場撕扯效應(yīng)能夠突破細(xì)菌的臨界應(yīng)力，而水流沖擊下細(xì)菌與納米尖端發(fā)生的碰撞作用不能破壞細(xì)菌。這一機(jī)制可有效殺滅水中的多種典型細(xì)菌，避免二次污染問題。

納米尖端水力學(xué)殺菌機(jī)制原理解析（圖片來源于清華大學(xué)網(wǎng)站）

揭示土體蒸發(fā)過程中的真實界面蒸發(fā)

中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所董毅研究組針對非飽和土的界面蒸發(fā)微尺度特征，通過X射線顯微斷層掃描方法掃描玻璃珠樣品，研究土壤水分蒸發(fā)中的幾何和拓?fù)涮卣?。相關(guān)成果發(fā)表于《水資源研究》（Water Resources Research）。在土壤水蒸發(fā)過程中，水的氣化僅發(fā)生在氣-液界面上而非表觀土壤表面。氣-液界面的演化在蒸發(fā)過程中占據(jù)主導(dǎo)性作用。研究不同飽和度下的界面特性，對于剖析土壤水分蒸發(fā)的關(guān)鍵機(jī)制頗為重要。研究證實了孔隙水蒸發(fā)過程中毛細(xì)管壓力的增加。蒸發(fā)過程中氣-液界面的幾何和拓?fù)涮匦裕瑸檫M(jìn)一步研究液體相變、確定土壤的真實界面蒸發(fā)率奠定了理論基礎(chǔ)。

斯石英的一維含水通道超結(jié)構(gòu)研究

北京高壓科學(xué)研究中心胡清揚研究員和中山大學(xué)朱升財副教授團(tuán)隊合作，深入研究了地幔深部的含水二氧化硅超結(jié)構(gòu)和一維超離子通道。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）。二氧化硅是俯沖洋殼玄武巖的主要成分之一，斯石英可能是將水向下地幔輸運的重要礦物。前期研究表明，斯石英在地球深部的儲水能力很強(qiáng)，但是其儲水機(jī)制仍然存在諸多爭議。研究為揭示二氧化硅在地幔深部的儲水機(jī)制提供了精細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)。斯石英的一維含水通道超結(jié)構(gòu)刷新了人類對名義無水礦物中含氫缺陷結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，豐富了地球深部水儲庫的存在形式，有助于解釋含水斯石英的超高熱穩(wěn)定性和斯石英/后斯石英相變壓力提前之謎。

評估變化環(huán)境下河流氮通量的演變

中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所趙罡副研究員與卡內(nèi)基科學(xué)研究所、斯坦福大學(xué)等科研人員合作，開展了變化環(huán)境下流域氮通量演變的定量化研究工作。相關(guān)成果發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）。目前，溫度對河流氮的影響還未量化，特別是對變化環(huán)境下降水和溫度對河流氮的共同影響仍缺乏認(rèn)識。研究利用可解釋機(jī)器學(xué)習(xí)方法構(gòu)建了河流氮通量對環(huán)境因子的敏感性模型，利用氣候模式數(shù)據(jù)預(yù)估河流氮在氣候變化情景下的未來軌跡。盡管降水量的增加會增加土壤氮向河道的遷移速率，但溫度上升引起反硝化速率的增加，很可能會抵消相關(guān)影響甚至?xí)p少大部分地區(qū)河流中的氮通量。