麻省理工学院研究人员通过使喷雾液滴减少有弹性来帮助减少径流污染

2018-05-15

包括研究生Maher Damak(左)和机械工程Kripa K. Varanasi副教授在内的研究人员团队已经找到了一种大幅度减少反弹植物的杀虫剂液体量的方法。

em麻省理工学院的研究人员已经找到了一种方法,可以使农药粘在树叶上而不是反弹,有助于减少径流污染。 / em

当农民用杀虫剂或其他处理方式喷洒田地时,只有2%的喷雾粘附在植物上。其中很大一部分通常从植物上跳下,落在地面上,并成为流入溪流和河流的径流的一部分 - 通常造成严重的污染。但麻省理工学院的一个研究小组旨在解决这个问题

研究人员通过在喷雾中使用两种廉价添加剂的巧妙组合,发现它们可以大幅度减少反弹液体的数量。研究结果在机械工程学副教授Kripa Varanasi,研究生Maher Damak,研究科学家Seyed Reza Mahmoudi和前博士后Md Nasim Hyder的论文中刊登在Nature Communications / em&gt杂志上。

先前尝试减少这种液滴跳动率的方法依赖于添加剂,例如表面活性剂,减少液滴表面张力并使其扩散得更多的类似肥皂的化学品。但测试表明,这只是一个小改进;当表面张力仍在变化时,快速液滴反弹,表面活性剂导致喷雾形成更小的液滴,更容易被吹走。

新方法使用两种不同的添加剂。喷雾分成两部分,每部分接受不同的聚合物物质。一个给解决方案一个负电荷;另一个导致正电荷。当两个带相反电荷的液滴在叶面上相遇时,它们形成粘附在表面上的亲水(吸水)“缺陷”并增加了进一步液滴的保留。


em麻省理工学院的研究人员已经开发出了一种使液滴不那么富有弹性的方法,这可以大大减少农民喷洒农田时农药液体的反弹量。视频:Melanie Gonick / MIT / em

许多植物的叶子具有疏水性(防水性)的自然倾向,这就是为什么它们经常引起液滴反弹的原因。但是,研究小组发现,在叶面上创造这些微小的亲水性隆起会有力地抵消这种趋势。

当麻省理工学院研究小组开始研究农药径流问题时,这是全球主要的农业问题,他们很快就意识到,早期试图解决这个问题的有限成功的部分原因是,水滴反弹发生得很快,毫秒级的问题。这意味着大多数对策,尤其是那些基于化学特性的对策,没有时间去发挥很大的作用。 “所以我们想,你还能做什么?我们开始玩充电互动,“瓦拉纳西说。

据瓦拉纳西介绍,他们发现两种不同的聚合物添加剂“可以将液滴固定”到表面,“这一切都发生在它扩散的过程中”,在液滴开始缩回之前导致它们弹开。

该项目是与麻省理工学院Tata技术与设计中心合作开发的,该中心旨在开发可惠及印度以及整个发展中国家社区的技术。农药喷洒通常采用农民背上的坦克手动完成,由于农药成本可能是农民预算的重要组成部分,减少浪费的数量可以提高小农业企业的整体经济效益,同时也减少了土壤和水的污染。减少喷洒的农药量也可以减少农民接触喷洒化学品的风险。

根据实验室测试,研究小组估计,新系统可以让农民通过使用1/10的农药或其他喷雾剂获得相同的效果。而聚合物添加剂本身是天然的和可生物降解的,因此不会对径流污染产生影响。

新方法只需要对农民使用的现有设备进行微小的改动,将杀虫剂分成两股,每种聚合物可以添加少量的聚合物。聚合物本身是从普通的低成本材料中提取的,这些材料可以在当地生产。

“我们可以使用普通喷雾器,每次使用两个储罐,并将一种材料添加到一个储罐中,将相反电荷的材料添加到另一个储罐中,”Damak说。农民“会照常做一切事情,只是增加我们的解决方案。”

研究人员还在试验不同的喷雾器设计,可以进一步简化工艺流程,可能不需要两个独立的储罐。

达马克说,下一步就是将已经在实验室规模中得到证明的结果发展成实用的系统,可以在现场轻松实施,然后在印度的小农场进行实际测试。该团队计划在来年进行这些测试。达马克已经前往印度,目睹小农如何进行喷洒。 “这帮助我了解了农场的条件以及他们用于喷洒应用的情况,”他说。

他说,新系统“应该易于实施,并且不需要额外的设备。

除喷洒农药外,同样的方法可用于其他应用,例如将水喷洒到植物上以防止像佛罗里达州那样的地方受到霜冻损害,在那里柑橘类作物可能因霜冻而严重受损,但供水已经受到限制。

该研究得到了MIT塔塔技术和设计中心的支持。

出版物:Maher Damak等人,“Enhancing droplet deposition through in-situ precipitation,”Nature Communications 7,Article number:12560; DOI:10.1038 / ncomms12560

资料来源:麻省理工新闻David L. Chandler

上一篇:没有了