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据国外媒体报道,50年前,人类登上月球,如今,人们将目光又投向了火星,希望能将人类送上火星。从地球到月球只需3天,而火星之旅则需花费几近一年,另外,整个航程需要更多燃料。那么,我们该如何将人类送上比月球更远100倍的火星。土星-阿波罗两个火箭加起来能搭载的质量只约等于一个货运火车厢所能装载的质量,想要在火星上建造一所房子,得用十几个这样的火箭运输材料。遗憾的是,目前使用化学燃料来发射火箭的方式还无法被取代,因为只有能量巨大的化学反应才能产生足够的推动力克服地球引力。
不过,一旦到了太空中,一种新型的火箭技术便能发挥作用:等离子火箭。等离子火箭是一种能将燃料转化成带电粒子的新型技术,相比于传统的化学火箭,等离子火箭总计大约可以节省90%的燃料使用。也就是说,在相同质量燃料下,等离子火箭可以搭载的货物质量是传统的10倍。等离子火箭的一个主要缺点在于低推力。火箭通过将电能输入气体燃料产生等离子体,将电子从正离子中剥离,随后离子从火箭尾部射出,推动探测器向前进。遗憾的是,这些等离子体所做的不仅仅是推动探测器,它会摧毁任何与它有接触的物质。
带负电的离子墙会吸引带正离子高速撞击,破坏原子,逐渐削弱其功能,当撞击离子墙的正离子达到数量时,推力器便会停止运转,而探测器则滞留在太空中。使用更坚硬的材料来抵御撞击是远远不够的,无论材料多坚硬,总会造成损坏。我们需要更有效的方式来避免这些损坏。如果墙体会自我恢复呢?有两个物理过程可以达到这个效果。一个名为弹道沉积,存在于材料不平整表面的微观物质。
当离子撞击墙体时,这些微观物质会四散开来,一些会停留在附近的凸起部分,使墙体维持大体完好,然而,总是有一些原子会消失。另一种现象更不直观,并且与等离子体的状态有关。想象一下,墙体颗粒脱落后又飞入等离子中。对推力器来说,负离子墙和墙体本身的电力使这些颗粒反向回到墙体中,而不会消失。这种现象名为等离子体沉积,可以通过调节等离子的密度与温度来控制该过程。
研究人员制造了一个等离子体并将其粉碎为微观材料,以观察弹道沉积和等离子体所产生的效果。在试验中,研究人员只调整了等离子体的状况,结果只发现了弹道沉积,而没有产生等离子体沉积现象。随后研究人员又对墙体进行了研究,在测试样本中损坏减少了20%,提升表面微观物质的情况后,损坏能减少的更多,大约能达到50%。下一步则是加入等离子体沉积的效果,看看是否真的能创造出可用的推力装置。
随着等离子推力器功能越来越强大,它们也变得更加脆弱,能自我恢复的墙体就显得尤为重要。研究人员的目标是设计一个利用高科技材料建造的推力器,所能持续的时间比任意一个火星任务所需的时间长10倍,真正成为永恒的墙体。
随着水源污染日益严重和水质标准的提高,饮用水水质已经越来越受到人们的关注。臭氧(O3)是应用广泛的新型氧化剂,既可氧化分解去除微小的有机物、胶体杂质、腐殖酸,又能去除水中污染的浮油及藻类微生物和******、病毒。由于其技术经济的优势,已经在广泛应用了,取得了一些研究和工程的应用的成果。
(一)臭氧对剩余污泥的减量化
活性污泥法使污水日处理能力得以提高,并作为一种常见的污水处理技术在国内外得到广泛应用,但污水处理过程中产生的剩余污泥已成为一个难题,污泥处理费用占整个污水处理费用的比重很大。在剩余污泥减量化技术当中,用臭氧对污泥进行前处理的减量化技术已经比较成熟。经臭氧处理后的污泥作为污水的一部分和目标废水一起进入曝气池,被微生物利用消化,部分转化为二氧化碳,经过这样一个臭氧对污泥的预处理过程,剩余污泥得到大幅度减量。臭氧剩余污泥减量技术现场需要臭氧发生器,能量消耗较大,臭氧发生器的开发和臭氧的利用率对于降低污水成本有很大的作用。日本近年来一直致力于臭氧器的开发,在提高臭氧利用效率等研究上,改变连续第浓度臭氧处理污泥为间歇搞浓度臭氧处理污泥,用实际废水作对照实验,发现改进后的臭氧污泥处理,所需的臭氧量约为原料的四分之一。同时处理水质要优于连续低浓度臭氧处理的水质,为降低臭氧污泥减量的污水处理技术成本提供了一个可能的途径。
(二)臭氧作用原理
随着分子生物学的蓬勃发展,微生态学就将生态扩展到分子水平。其实无论蛋白质或核酸分子均属有机物,它们都是由碳、氢、氧、氮及磷或硫(C、H、O、N、P或S)组成,同时,病毒的衣壳体是由许多蛋白质亚单位即壳微粒组成。每个壳微粒之间由非共价键连结,并对称缠绕在一起,蛋白质则由多链组成,核酸又由连在一起的核苷酸链组成。其中OH,从整体看,它是电中性的(R-OH),但若从基团的内部看,它的一部分带有更多的负电荷(如氧原子),因基团的这部分(R-OH)有“额外”的成键电子,所以带负电:另一部分带有更多的正电荷(如氢原子),基团的这部分缺乏成键电子,所以带正电。若有另一个相似的基团靠近,正、负电荷之间互相吸引便生成一个弱键,即称氢键,如多肽的基团之间或核苷酸的硷基之间以及在DNA或RNA分子里的硷基配对均容易形成氢键。虽然单个氢键非常弱,但是很多氢键在一起,从而构成植物细胞坚韧的细胞壁。现再看臭氧,它是属强氧化剂,氧化电位高(2.07ev)。凡电负性高的元素能强烈地吸引电子,氧化对方,还原自己。氧化结果,导致核酸分解,蛋白质解体,抗原变性,检测转阴,色度褪尽。
臭氧对水中的着色有机物具有氧化脱色作用,微量的臭氧也能收到良好效果,高柳等对脱色效果进行了实验。大部分地表水所以出现色度,是因为水中存在着带色的腐殖酸,这些物质都是高分子,多官能含氮的环状结构化合物。臭氧对于腐殖酸溶液的脱色作用(约 70% )与氧化破坏作用无关,因为在这种情况下,碳转换为碳酸气不超过 30% 。臭氧开始反应时煤气羟基和侧链被氧化成羰基化合物,碳酸气和挥发酸。这时所观察到的脱色过程大致可解释为,酚的羟基被氧化为相应的醌。进一步的臭氧氧化反应使起其分子在与芳香核的连接桥处断裂并生成起较弱色染色作用的白腐酸。在大剂量投加臭氧情况下,通过生成草酸的过程而发生环的破坏,从而强化了脱色的过程。
臭氧在水中除异味极为有效。水中的臭气物质除了工业污染引起以外,还可有微生物引起土臭,霉臭,藻臭等。据微生物研究,水中的好气性放线菌而生成霉臭;由于放线菌产生抗生物质使******死亡而发臭。研究结果证明,发出土臭的物质是水中微生物的代谢物质,取名为 geosmin(C12H18O2 ), 发出霉臭的化合物称为 mucidune(C12H18O2) 传统的泳池臭氧******法认为臭氧有毒性,所以要求在臭氧进入泳池之前将水池中的臭氧全部祛除,以防止臭氧对人体产生危害。
我们知道,质的毒性是与浓度有关的。臭氧在空气中的浓度大于0.1mg/l时能对人体呼吸器官产生刺激,在这个浓度以下,对人体影响不大。
实际测试表明,当臭氧投加量1.0mg/l时,池中臭氧浓度不会超过0.1mg/l。有资料指出,游泳池水的臭氧浓度在0.15mg/l以下时,对人体无害,实际情况也是如此。需要强调指出的是,毒理学试验表明,在相同剂量下,臭氧的毒性低于氯,如果说臭氧在此浓度下对人有害,那么,氯对人体的危害更大。
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