这种仿鱼设计的过滤器可清除99%以上的微塑料

一个四口之家使用的洗衣机每年可产生多达500克微塑料，这主要是由于洗涤过程中纺织品纤维磨损脱落所致。这使得日常洗衣成为微塑料颗粒的重要来源之一。如今，这些微塑料大部分最终进入污水处理厂产生的污泥中。由于这些污泥常被用作肥料，纤维最终可能会被撒到田地里。为何现有洗衣机过滤器效果不佳 由于问题的严重性，许多制造商一直在寻找方法，希望在洗涤水进入环境之前去除其中的微塑料。波恩大学有机体生物学研究所的莱安德拉·哈曼博士解释道：“然而，目前可用的过滤系统存在各种缺点。有些很容易堵塞，有些则过滤效果不佳。” 哈曼与她的博士生导师亚历山大·布兰克博士及其他同事从生物学中寻找灵感。该团队将目光投向了堪称天然过滤专家的鱼类——这是数亿年进化的结果。有些鱼类通过过滤水来摄食，包括鲭鱼、沙丁鱼和凤尾鱼。它们张着嘴游动，利用鳃弓系统捕获浮游生物。布兰克是波恩大学“生命与健康”和“可持续未来”跨学科研究领域的成员，他说：“我们仔细研究了这种系统的构造，并将其作为开发洗衣机用过滤器的模型。”鱼鳃如何启发自清洁过滤器设计 随着时间的推移，这些鱼类进化出了一种类似于错流过滤的策略。它们的鳃弓系统形成一个漏斗，口部最宽，向食道逐渐变窄。漏斗壁由鳃弓构成，鳃弓上有梳状结构，这些结构覆盖着细小的“牙齿”，在鳃弓上形成一张网。布兰克解释说：“摄食时，水流穿过可渗透的漏斗壁，经过过滤后，不含颗粒的水通过鳃重新释放到环境中。而浮游生物太大，无法通过，被这种天然的筛状结构截留。由于漏斗形状，浮游生物会滚向食道，在那里聚集，直到鱼吞咽，从而清空并清洁系统。” 这一原理有助于防止堵塞。颗粒不会直接撞击平面屏障，而是沿着表面移动，并被引导至食道。这种方法效率也很高，几乎能清除水中所有的浮游生物。洗衣机微塑料过滤器需要这两种优势：强大的捕获能力和防堵塞能力。为了制造适用于洗衣的过滤器，研究人员重建了鳃弓系统，并测试了不同的网眼大小和漏斗开口角度。测试结果、制造成本与微塑料去除效果 哈曼说：“我们找到了一组参数组合，使过滤器能分离出水中99%以上的微塑料，且不会堵塞。” 该团队通过实验室实验与计算机模拟相结合得出了这一结果。由于这种基于自然的设计避免了复杂的活动部件，生产成本应该较低。被捕获的微塑料聚集在过滤器出口，每分钟被吸走数次。现已移居加拿大埃德蒙顿阿尔伯塔大学的哈曼表示，收集到的材料可在洗衣机内被挤压以挤出残留水分。由此产生的塑料颗粒可每洗几十次后取出，与普通垃圾一起丢弃。专利、行业期望与健康担忧 波恩大学团队和弗劳恩霍夫环境、安全与能源技术研究所UMSICHT已在德国申请专利，目前正在申请欧盟范围内的专利。研究人员希望制造商能改进该设计，并将其应用于未来的洗衣机中。这至少在一定程度上有助于减少纺织品微塑料的扩散。这种需求十分迫切：分析表明，这些颗粒可能对健康造成严重危害。它们已在母乳、胎盘甚至大脑中被检测到。参与机构与资金支持 除波恩大学外，弗劳恩霍夫环境、安全与能源技术研究所UMSICHT也参与了这项研究。资金来自德国联邦研究、技术与空间部（BMFTR）和欧洲研究理事会（ERC）。波恩大学技术转移中心enaCom与北莱茵-威斯特伐利亚州大学知识与技术转移网络“innovation2business.nrw”的服务提供商PROvendis GmbH密切合作，为该发明的保护和市场化提供支持。