知识窗

低碳经济说活性炭 李功发 刚从甘蔗榨出来的糖汁是黑赭色的；天然矿泉水因含有各种杂质，喝起来也并不可口；被污染的空气，混有各种有害气体，会使人感到很不愉快，甚至能够中毒。可是它们通过活性炭以后，就会变得洁白、甘甜、清新。活性炭是一种非常有用的吸附剂。活性炭的生产和使用受到世界各国的普遍重视，目前主要用于废水处理和环境保护。 无法计算我——孔道数不清 活性炭是一种优良的吸附剂，主要是由80％—90％的碳组成的多孔性物质。 碳有两种结构形式；一种是无定形的，另一种是结晶形的。组成活性炭的碳是属于结晶形的。这些碳结晶在活性炭中无规则地排列着，堆积得非常疏松，但是相互连接又十分牢固，因此便形成数不清的孔隙。这些孔隙有大有小，互相通连。 活性炭的孔细，大孔用肉眼也看不到，只有放在光学显微镜下，才能看到，有的小得与分子一样。这么小的孔，用光学显微镜也看不见，只有借助于电子显微镜才能观察到。 活性炭中，孔隙的数目非常多。据统计，每一克活性炭，微孔竟达到1020个，如果有办法把这些大大小小的孔隙都一个一个地切开、展平，并一块接一块地铺起来，就会发现，一克活性炭的全部孔隙的表面，足足可以覆盖800～900平方米的面积。其中，微孔的表面积约占全部的90％。为了能够进行定量的比较，我们通常把单位质量下的表面积叫做比表面。活性炭的比表面确实首屈一指，没有谁能与它相比。 要你靠近我——极强的吸附作用 几乎所有固体、液体都有吸附作用。我们知道，物质都是由分子构成的。在固体、液体的内部，分子之间的相互作用力是平衡的。而处在表面上的分子，所受的力却失去了平衡。处在这种状态的分子为了维持平衡——这是物质最稳定的状态，就要吸引其他分子，这种分子间相互的吸引就是物理吸附作用。 一般固体表面吸附作用较弱，然而，发生在活性炭微孔中的物理吸附作用，情况就大不一样了。由于微孔的孔径大小与被吸附物质的分子大小相近，这样，处在表面的活性炭分子，对一个被吸附的分子，就可以从不同的角度同时进行吸附，显然，这种吸附是很牢固的。而活性炭的比表面这么大，就使它有可能截获住许多这种分子。活性炭被称为万能吸附剂，至今还没有哪一种吸附材料能超过它。 活性炭的物理吸附作用，最主要是在微孔中进行的。被吸附物质的分子大小，一般与孔径相当。但是，对于一些沸点低、分子小而又活泼的物质，采用物理吸附就难以奏效了。那么，是否活性炭就不再是万能吸附剂了?不是这样的，我们可以把活性炭经化学药品浸渍，化学药品就附着在了活性炭的孔隙表面。当这些小分子通过活性炭时，就被预先埋伏在大、中孔里的化学药剂所俘获，并立即起化学反应。例如，氢氰酸是一种剧毒物质，当它通过浸渍有铜的氧化物的活性炭时，便发生化学变化，生成有毒固态物质，并沉积在活性炭的孔壁上。我们把活性炭的这个本领叫做化学吸着作用。化学吸着作用主要是在活性炭的大孔和中孔内进行。当然，在狭窄的微孔中，一定会有些孔道被浸渍物所占据，从而消弱了活性炭的物理吸附能力，但是人们还是可以通过调整孔隙度、改变浸渍条件等方法，得到一个令人满意的折衷方案。 不要抛弃我——活性炭的再生 活性炭的应用范围日益扩大，使用量日益增加。如果用过一次就扔掉，那就太可惜了。能不能让活性炭再生，也就是将用过的失效的活性炭经过处理后，使其重新具有活性，恢复它原来的吸附能力或者恢复绝大部分的吸附能力，实现多次重复使用呢?为此，人们进行了不断的探索和研究，取得了一些成果。 活性炭的传统再生主要有三种方法。 加热再生法就是将吸附了有机物的活性炭放入再生炉中加热，使一部分被吸附物质挥发或热分解而分离，另一部分再与水蒸气反应而被氧化，使活性炭得到再生。这种方法简单易行，是最广泛使用的一种方法。 化学再生法就是用无机化学药品进行再生，这种方法常用在被吸附物质有回收价值的情况下。 生物再生法是在炭层内，让某种细菌繁殖，而使吸附的有机物分解。 此外，目前新兴的活性炭再生技术还有溶剂再生法、超声波再生法、微波辐射再生法、催化湿式氧化法、超临界流体再生法等。 虽然这些新兴技术在工艺路线上还不成熟，目前尚无法投入工业使用，但它们的出现为活性炭的再生带来了新思路与新探讨。由于活性炭的再生还在继续研究，一些其他的再生方法也不断出现。人们可以预料，活性炭的再生还会研究出更好的方法，为环境保护造福。 现代建筑绿色时尚 李忠东 太阳能电池板覆盖的办公楼 在丹麦港口城市奥胡斯市，新盖的技术行政管理局办公大楼拔地而起，引人注目。这座6层大楼位于奥胡斯港口开发区，以使用太阳能动力而闻名遐迩，有望成为奥胡斯市的标志性建筑。 大楼南墙外面铺设内有采暖通风系统的170平方米太阳能墙，还有能提供遮荫板条墙的200平方米太阳能电池板。 作为采暖通风解决方案的太阳能新技术，简单地说，太阳能墙可以最大限度地利用太阳能，将其转换成热能，以热空气的形式传递到室内。太阳能墙板有多种色彩选择，易于融入建筑整体风格。 仙人掌式的摩天大楼 不久前，卡塔尔新建的市政事务及农业办公大楼交付使用。这个出自曼谷美学建筑师之手的“杰作”造型别具一格，酷似一个高耸入云的仙人掌。据介绍，摩天大楼和毗邻的植物园圆顶设计的灵感都源于仙人掌。 卡塔尔是亚洲西南部的一个阿拉伯国家，位于波斯湾西南岸的卡塔尔半岛上。它被沙漠覆盖，属于热带沙漠气候，夏天最高气温可达46℃，冬季凉爽干燥，最低气温7℃，年平均降水量仅125毫米。 作为沙漠建筑的一大典范，这座办公大楼设计得非常节能，可以充分利用它窗户上的遮阳物。在白天，根据阳光的强度，遮阳物能打开或者关闭，阻止过多的热量交换。这些设计与仙人掌的特性十分类似，仙人掌就是在晚上而不是白天进行蒸发以维持水分，堪称运用仿生学的又一精彩例子。 大楼的基脚边建有一个圆顶的植物园，它里面除了有一个食用植物的花园外，还建有生态机器系统。这是一套充分利用水资源的绿色环保系统，能将整座大楼的污水过滤净化，达到中水的标准之后再用来灌溉植物以及冲厕等。 孟买的城市地标——卵形大厦 我国香港科建国际有限公司一直坚持创新理念，推出用高科技设计建造大型建筑物的方案。这家公司为印度孟买建造的一座卵形大厦，集“标志性建筑、环境设计、智能系统和新的工程学于一体”。 卵形大厦应用被动式太阳能设计，来达到减少热量吸收和降低能量负荷的目的。建筑物高处有一座花园，里面树木翠绿，花草遍布，是人们休息的好地方。它的最大功能还在于调节温度，能利用天然植被帮助大楼降低表层温度。卵形大厦采用太阳能光电板和屋顶风力涡轮机就地发电，为整个建筑供应能量。废水回收系统确保了节约用水，解决了浇灌植物和景观的用水。 现代与传统高度和谐的议会大厦 最近，阿拉伯联合酋长国公布了联邦国民议会大厦的新设计，让人眼前一亮。 令人惊叹的国民议会大厦以一个100米的穹顶结构为中心，一种别出心裁的“沙漠之花”设计覆盖了主要由白色大理石建成的大厦。太阳光线通过穹顶屏幕渗透到建筑物和下面的庭院，形成一种小气候，极大地提高了大厦的能源效率。新议会大厦恰到好处地座落在水上，晚上流光溢彩，绚丽夺目。 对于国民议会大厦综合设施来说，被动式太阳能设计是减少热量吸收和冷负荷的主要战略。在白天，浅色的厚墙被用作蓄热体，到晚上再释放回去。大型混凝土和金属屏蔽穹顶能够减少直接照射到主楼的阳光，通过采光井、天窗和嵌入式窗户获得的日光可以尽量使一天的人工照明减到最少。 别具一格的悬臂式建筑 最近，世界著名的赫尔佐格和德梅隆房地产建筑公司在瑞士兴建的一座悬臂式商业中心顺利竣工。这个建筑物群由数个矩形结构组成，看上去好像在俄罗斯方块游戏中相互悬停的积木，很引人注目。该中心配备了先进的太阳能电池板等设施，具有明显的节能功能。铺满青草的屋顶平台不但能够减缓雨水的泻流，而且可以使建筑物保持凉爽。 该商务中心以开放作为设计的主题，致力于为员工创造一个开放和沟通的环境。它拥有350个宽敞明亮的办事处，许多窗户被设计成落地窗，安装的是三层玻璃。阳光缓缓射进室内，让工作人员从幽闭的感觉中解脱出来。在当今竞争激烈的时代，幽闭恐怖症正在困扰许多工作人员，使不少人苦不堪言。另外，室内的墙壁上尽量不出现管道，以免给员工之间造成压力，形成交际障碍。最值得一提的是，在第三层和第五楼层建有绿色的屋顶平台，为工作人员提供了一个休憩放松和午间进餐的理想去处，难怪有员工将其戏称为额外补贴之一。 水鸟的捕鱼本领 习 言 多数水鸟以鱼为食，拥有各式各样的捕鱼绝技。 潜水捕捞 秋沙鸥又称长嘴鸦，嘴的上下颌边缘有锯齿状的突起，利于潜入深水中捕鱼。 每到天亮，秋沙鸥开始活动，频繁地下水。中午潜水次数最多，每次潜水时间达20多分钟。它在水下极具耐心，捉住鱼后，头才伸出水面，伸脖吞下。 秋沙鸥食性贪婪，争强好胜，遇到游鱼会互相抢吞，有的还因鱼太大卡在喉咙，无法咽下而被憋死。 守株待兔 苍鹭凭着嘴长、脚长、脖长的优势，一动不动地站在水中，注视水面；甚至长达几个小时不动。一旦有鱼游过，它便立即伸颈啄食，动作极为敏捷。鱼还没有反应过来，已经被衔在口中。 有人发现，苍鹭还会仿照人的垂钓。它嘴衔一条细枝在水面上等鱼上钩；久等无果，它就会转移地方另等。 深水群攻 鸬鹚俗称鱼鹰，长着带锯齿的长嘴，被衔住的鱼很难逃脱。它的眼睛很敏锐，周围10米内有鱼活动，就会立即追捕。 鸬鹚能潜到10米的深水中活动，犹如一只运动自如的小快艇，把鱼追得失魂落魄，慌不择路。鸬鹚遇上鱼群，先绕着转上一圈，然后尾随啄咬，乘鱼群乱了阵脚，再各个击破。 遇见大鱼，它们就一齐上阵，有的啄眼，有的咬鳍，有的叼尾，直至大获全胜。 张网捕捞 鹈鹕嘴下有—个大喉囊，是它捕鱼的专用工具。 捕鱼时，几只鹈鹕像训练有素的水上竞技队员一样，一字排开，头朝岸边，一面划水前进，一面鼓翅拍水。遇到鱼群，它们会形成半圆的包围队形，将鱼群拦在一起。与此同时，它们张开大嘴，敞开鱼网式的喉囊，兜水前进。 走投无路的鱼，随水进“网”，鹈鹕立即闭嘴，收缩喉囊，水出鱼留，一口吞下。 高台跳水 如果说苍鹭捕鱼是守株待兔，那么，翠鸟就是缘木求鱼了。站在水边树木上的翠鸟，居高临下，发挥高台跳水优势，潜捕猎物。 翠鸟头大、嘴长、体小，常常停在水面上空的高处，注视水面动静，发现情况，迅速扎入水中，用嘴捕取。 有人观测，翠鸟捕鱼极为神速，用不了1秒时间，动作干净利落，绝妙至极。正如唐代诗人钱起所描述：“有意蓬叶间，瞥然下高树，劈波得潜鱼，一点翠光去。” 单爪擒拿 鱼雕爪四趾粗壮，几乎等长。外侧爪趾能向后反转，使四趾变成两前两后的活动锚状。趾尖像弯曲的铁刺，伸爪能将黏滑的鱼体抓住。 在离水面30～90米的上空，鱼雕振翅疾飞，迎风悬停，静观水面。一旦发现情况，凶猛地俯冲而下，快到水面的瞬间，立即伸出单爪猛抓。爪到鱼被擒，很少失误。 若鱼从水下潜逃，鱼雕立即潜入1米深的水中追踪，最终将猎物抓获。 鸟类也会谈恋爱 席金合 鸟类谈情说爱，不像某些青年男女，动不动就“我爱你!”“嫁给我吧”那样直白大胆，而是用特定行为，含蓄地表达爱意。 妙不可言的征婚歌声 人有人言，鸟有鸟语。鸣唱是鸟类的绝活。鸟儿对歌声具有很强的亲切感和识别力。春夏的黄昏，进入婚恋期的鸟儿聚集在枝繁叶茂的大树上，尽情放声歌唱，竞相展现歌喉。曲调多变，鸣声独特的雄鸟，常常会被雌鸟相中。当然，为了博得意中“鸟”的欢心，除了美妙的曲调，唱词不乏类似“问我爱你有多深，月亮代表我的心”的甜言蜜语和“在天愿做比翼鸟，在地愿为连理枝”的海誓山盟。 如果录下巢穴附近多只雄鸟的呜叫声，对着鸟群放。雌鸟能准确地辨别出意中“鸟”的歌声，顿时显得异常激动、兴奋，循声而来。可见，鸟儿动听的歌声，很能拨动对方心弦。 一些鸟儿笨嘴笨舌，谈不上歌咙美妙，但也有自己专有的求偶曲。啄木鸟会像啄虫那样，用嘴敲击树干，发出节奏明快的“梆梆”声，来呼唤异性。 色彩艳丽的惹眼彩衣 鸟类对色彩很敏感，一般情况下，雄性总喜欢展翅炫耀自己美丽的羽毛，博取异性的青睐。雌鸟根据自己的欣赏水平，来挑选伴侣。尤其是随着繁殖季节的到来，一些鸟儿换上了鲜艳的彩羽，把自己打扮得仪表堂堂。 爱美之心，鸟皆有之。那些青春妙龄的鸟小姐，看到这些体形健美、风度翩翩的鸟“帅哥”，会一见钟情。 金鸡在求偶期间，羽毛变得更加耀眼夺目：头戴“皇冠”，身披彩衣，在阳光下闪耀着七彩光泽。真如古诗所描绘的那样：“暖风晴日融春画，闲看花阳鸡吐绶；绮毂都将彩羽妆，红妆不待金绣针；垒垒胭脂缕缕金，龙文盘错凤纹深；凭谁剪着鸳鸯带，雅称佳人翡翠珍。” 雄金鸡遇到中意的雌鸡时，两翅一上一下伸开，呈现出深蓝色的内羽，展示金黄色的腰和尾。同时，橙棕色的披肩徐徐张开，胸羽随着双腿的快速走动而篷出，将头巧妙地遮在华丽的羽衣之中，好像有点羞涩难言之状，预示着追求成功。 令人叫绝的觅偶表演 借助特殊的飞行技能来吸引异性，是鸟类求偶的另一手段。雄性极乐鸟在发情期，可称得上是“情场老手”，凭着一套精心设计的特技表演，往往能博得雌鸟芳心。 多只雄鸟聚集在一棵大树上，异口同声地进行“征婚大合唱”。当有心寻觅佳偶的雌鸟飞来时，它们从几十米的大树上突然坠落，整个动作悄然无声。当接近地面的一刹那，它们又忽然振翅急转，直冲云霄。整个动作干净利落，令人叫绝。面对花样翻新的飞行表演，雌鸟表现得十分冷静，认真欣赏它们的飞行才能后，才开始挑选如意“郎君”。 恋爱成功后的海雕，在交配前，还会激情进发地比翼双飞。雄性径直而上，接着向雌鸟快速俯冲。雌鸟心领神会，立即翻飞，双爪向上。这时，情侣拉手般地四爪紧抓在一起，在空中连连翻着跟头，像两片树叶一样，飘然落下，一直快跌到水面时才突然分开，腾空而起。 风姿优雅的联姻舞会 以舞蹈求婚者，丹顶鹤最负盛名。 形态秀丽、举止潇洒、神采飘逸、高雅纯情的丹顶鹤，从求婚、成家到日常生活，始终以舞相伴。发情期的婚舞最为精彩。有独舞、对舞和群舞等多种花样。 春天，正值丹顶鹤配对季节。在风景美丽的湖区，成群结队的丹顶鹤双双聚在一起，一个个激情高涨，舞性大发，用特有的方式来完成它们的“调情”过程。 雄雌双方都以极大的热情投入到它们神往的舞蹈之中，雄鹤轻舒两翼，慢挪双脚向雌性舞去。双方有进有退，彼此环绕，曲项伸头，一上一下，十分协调。接着，交替上下轮留跳跃，一只飘然坠地，另一只接着跃起，相互对斗神威。最后，收爪落定，相对而立，伸颈长鸣，一唱一和，声音洪亮，调子亲切，仿佛在对天发誓：“永远忠于爱情!” 精心构造的新婚洞房 修筑漂亮的新房，吸引雌鸟配婚，是园丁鸟的一绝。 园丁鸟建好巢穴后，还要用五彩缤纷的花朵、色泽鲜艳的野果、形形色色的羽毛和造型别致的贝壳，把新婚洞房装饰得富丽堂皇。有人精心观察得知，园丁鸟的装潢材料有一百多种，大多为人们废弃的牙刷、笔杆、玩具、小瓶、彩色塑料制品等。 有趣的是，当鲜花枯萎后，它会换上新鲜的。有人将放在巢穴前的乒乓球移至其他地方，园丁鸟会重新放回原处。如果建筑物破旧时，它们会返工重建，采来新的材料替换。更让人惊奇的是，园丁鸟还会像油漆工那样，把果汁或木炭作为涂料，给新房涂抹上各种颜色。这样，似乎更符合它的审美观。 一切准备停当，便等待雌鸟来验收。当隐蔽在林子里的雌性仔细观看时，雄鸟会把漂亮的装饰物一个个衔起来，抬头挺胸地有意卖弄。雌鸟为之所动，便飞入洞房成婚。 清脆响亮的婚庆礼炮 美洲艾松鸡的求爱活动，更有一番情趣。每当冰雪消融的季节，艾松鸡犹如赶庙会一样，从四面八方赶往历年求偶的交配“中心”如期赴约。最远的有五六千米。 当鸡群聚集到一定数量时，婚庆的序幕拉开了。每日天亮前的一个小时，到场的雄鸡各自登台表演：首先向坠在脖下硕大的嗉囊里吸气，弹性很强的嗉囊里的空气很快增多。随着嗉囊的不断鼓胀，艾松鸡便突然用力收缩胸肌，空气猛然被压迫出去，随之发出清脆的“砰砰”声。这时，雌鸟便巡声而来。这种富有节奏的“礼炮”越响亮，越能招来雌鸡。 在这招亲迎宾的“炮”声中，只有身强力壮、敢于战败群雄的强者，才竖起脖子上的项毛和剑一样的尾羽，大摇大摆地在鸡群中踱步，与雌鸡交配。随着胜利者的离开，热闹非凡的婚庆场，顿时变得悄无声息。

摘自《青少年科技博览》2011年第7-8期