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木质部水过滤器已经在实验室和现场进行了测试。需要进一步的发展和测试，包括采用最佳实践和质量控制措施，以确保木质部水过滤器可以推荐用于饮用水。

对木质部水过滤器感兴趣吗？

如果您是对这项技术感兴趣的非政府组织、企业家或企业，请写信至 xylemwaterfilter@gmail.com 与我们联系。 如果您是学生、教师或科学爱好者，请查看我们的“科学项目”标签，获取更多创意。

MIT的研究团队在2014年发表了一项研究，展示了如何利用树木的木质部（xylem）来过滤受污染的水。这项研究发表于《PLoS ONE》期刊，展示了从松树（尤其是白松）中提取的木质部可以用来制成简易的水过滤器，能够有效过滤掉大肠杆菌等细菌。这种过滤系统能够在一天内提供多达四升的饮用水，足以满足一个人一天的饮水需求。

技术要点总结：

1. 木质部的结构和功能：

   • 木质部（xylem）是树木中负责运输树液的多孔组织，具有天然的过滤功能。这种组织通过树木的根部向上运输树液，同时通过微小的孔隙（称为坑膜）将空气泡过滤掉，防止气泡在树木内传播和生长。

2. 过滤能力：

   • 研究表明，白松的木质部可以过滤掉大于70纳米的颗粒，并能够有效去除水中的大肠杆菌，过滤效率超过99%。然而，木质部可能无法过滤掉更小的病毒，因为病毒的尺寸通常远小于这些孔隙。

3. 材料选择与挑战：

   • 研究人员发现，开花树的木质部具有比针叶树更小的孔隙，这可能有助于过滤更小的颗粒。然而，开花树的导管长度更长，可能不太适合设计紧凑型的水过滤器。
   • 木质部在干燥后容易出现水流不畅或水流通过裂缝但未能有效过滤的现象，因此设计者需要找到保持木质部湿润或在干燥后仍能保留其过滤功能的方法。

4. 应用潜力：

   • 这种基于木质部的过滤器成本低廉，可能适用于依赖地表水的地区，特别是那些受到细菌和植物、动物腐烂物污染的地区。这种过滤器的成本远低于目前市场上的高端过滤膜，具有一次性使用的潜力。

5. 后续研究方向：

   • 研究团队计划进一步评估其他类型木质部的过滤潜力，以寻找更适合该过程的植物材料。

这些要点展示了利用木质部作为自然过滤材料的巨大潜力，特别是在低成本、农村地区水净化应用中的可行性。

注意：确认树木无毒！例如，紫杉有毒，不应使用。砍伐时请遵守安全预防措施。不建议饮用自制过滤器中的水，除非它们经过适当的质量控制措施并符合安全标准。

关于使用木质部（xylem）制作水过滤器的背景信息和具体指导，并强调了安全注意事项。以下是主要内容的总结：

1. 安全注意事项：

   • 确保使用无毒的树木来制作过滤器，例如红豆杉是有毒的，不应使用。在切割过程中应遵循安全预防措施。除非经过适当的质量控制和符合安全标准的处理，否则不建议饮用自制过滤器过滤的水。

2. 木质部简介：

   • 木质部是植物用来从根部向其他部分运输水分的组织。水从叶片蒸发，产生负压，将水从根部拉向叶片。

3. 木质部的结构：

   • 木质部由导管组成，这些导管通过侧壁上的孔相互连接。这些孔的大小从被子植物的几纳米到裸子植物的几百纳米不等，比水中的许多污染物如尘土、细菌和原生动物小得多。

4. 木质部作为过滤器的工作原理：

   • 使用比单个导管更长的树枝截面会迫使水通过这些孔，从而捕捉污染物，使其作为水过滤器。

5. 选择合适的树种：

   • 裸子植物（如松树、雪松、云杉等非开花植物）比被子植物（开花植物）更适合作为过滤器。原因包括裸子植物的木质部在树枝或树干的横截面中占比更大，并且其导管尺寸较小，制作的过滤器更为紧凑。

6. 制作水过滤器的步骤：

   • 需要准备一个至少四分之一英寸厚的非开花树种的树枝、安装树枝的软管或管子、密封树枝的夹子，以及用于测试过滤器的进料溶液（可以是脏水或加入尘土的干净水等）。

7. 实验探讨：

   • 探讨不同树种之间的流速和污染物去除效果差异、过滤器厚度和面积对流速的影响、干燥过滤器对流速的影响等问题。

总的来说，这段文字提供了使用木质部制作简易水过滤器的基本原理、材料选择、制作步骤以及需要注意的安全事项，并鼓励读者进一步探讨实验中的变量和影响因素。

工作原理 http://www.xylemwaterfilter.org/working-principle/

制作你自己的木质素滤水器 http://www.xylemwaterfilter.org/science-projects/

制造“干式”木质素滤水器的工艺 http://www.xylemwaterfilter.org/manufacturing-resources/

裸子植物（如松树、雪松、云杉等非开花植物）比被子植物（开花植物）更适合制作木质部过滤器。这是因为这些植物中的导管长度较短，能够制造更紧凑的过滤器。此外，裸子植物的树干或树枝横截面中含有较多的木质部，从而提供更大的膜面积。在制作这些过滤器之前，重要的是要查阅树木的毒性信息。如需进一步指导，请参阅我们“过滤器制造资源”标签中的设计指南。

什么驱动了水通过木质部过滤器的流动？ 木质部过滤器可以通过重力运行，不需要使用泵。

如何从树木中制作木质部过滤器？ 制作木质部过滤器包括四个简单步骤，如示意图所示。以下是这些步骤的详细描述。

1. 木材获取：从树枝或树干中的木质部切下一段，剥去树皮。木材应保持新鲜，切下的部分应浸泡在水中以防止干燥。

2. 热水浸泡以提高容量：木质部过滤器具有独特的自我堵塞行为。木质部由松散的半纤维素纤维组成，这些纤维在水通过过滤器时溶解并重新沉积在膜上，导致堵塞。这限制了过滤器的使用寿命。为了减轻自我堵塞，可以将木质部过滤器在60摄氏度的热水中浸泡1小时。这个处理步骤的温度和时间已经过优化，可以去除足够的纤维以提高容量，同时减轻对坑膜的损害以保持过滤效果。如果外部污染物负荷较高，可能不需要此步骤。

3. 干燥保存以延长保质期：干燥会导致木质部中的膜密封在细胞壁上，有时还会损坏它们。这会导致流速和过滤性能下降，从而缩短木质部过滤器的保质期。为了提高保质期，可以遵循两种方法来保持过滤器的干燥状态：

   • 酒精处理：在干燥前将切割好的过滤器浸泡在酒精（如乙醇、异丙醇等）中，可以保持膜的结构完整性，并提供至少两年的保质期。
   • 控制过滤器厚度：干燥过滤器的流速与过滤器的厚度密切相关。通过保持过滤器厚度约为0.25英寸，可以获得合理的流速。为了减轻通过损坏的坑膜的污染物泄漏并提高过滤效果，可以将多个薄过滤器串联堆叠。这种方法在酒精难以获取的地区非常有用，尽管质量控制可能较为困难。

4. 干燥：过滤器可以在空气中干燥或在最高45摄氏度的烤箱中干燥。

这些过滤器可以处理哪些类型的污染物？ 对于微生物污染物，木质部过滤器可以去除>3-log的大肠杆菌和MS-2噬菌体，以及>4-log的轮状病毒（基于使用直径4厘米、厚度约1厘米的银杏制成的过滤器在1.2米重力头下进行的测试，这些过滤器使用了含有世界卫生组织（WHO）规定浓度的大肠杆菌（>10^6 CFU/mL）和MS-2噬菌体（>10^5 PFU/mL）以及国家卫生基金会（NSF）规定浓度的轮状病毒（>10^4 PFU/mL）的通用测试水）。这些过滤器还可以处理像尘土这样的物理污染物。对于化学污染物的效果尚未进行评估。

这些过滤器的流速是多少？ 木质部过滤器中的流速与木质部面积和压力成线性比例。可以通过调整这些参数来调整流速以满足用户需求。可以通过增加过滤器直径或并联多个过滤器来增加过滤面积。乙醇干燥过滤器和新鲜过滤器的透水率（流速归一化面积和压力）分别为0.01 L/h.cm².kPa和0.03 L/h.cm².kPa。这与具有相同孔径的商业膜的透水率（0.002-0.05 L/h.cm².kPa）相当。

木质部过滤器的容量是多少？ 木质部过滤器的容量取决于水质、过滤器设计以及是否使用了预过滤。使用符合WHO规定的高质量地下水代表的通用测试水（GTW）时，木质部过滤器在1米压力头下的容量为6.07 ± 4.40 L/cm²。直径4厘米、厚度约1厘米的银杏木质部过滤器在1米重力下可以处理34-84升的GTW。

木质部过滤器最容易受到像腐殖酸和尘土这样的大有机分子的污染。使用符合WHO规定的具有高腐殖酸和尘土浓度的挑战测试水（CTW）时，木质部过滤器在1米重力下的容量为0.58 ± 0.47 L/cm²。直径4厘米、厚度约1厘米的银杏木质部过滤器在1米重力下可以处理6-12升的CTW。通过使用简单、廉价的预过滤方法，可以提高过滤器对CTW的处理能力。例如，可以使用布料和颗粒活性炭（GAC）来减少尘土和腐殖酸的负荷。使用布料和GAC预过滤后，直径4厘米、厚度约1厘米的木质部过滤器在1米重力下可以处理26-31升的水。

木质部过滤器的使用寿命是多少？ 根据水质、过滤器设计和所使用的预过滤类型，木质部过滤器可能需要每1-4天更换一次。在使用寿命结束时，流速非常慢，提示需要更换过滤器。

木质部过滤器是否经过自然水测试？ 是的，木质部过滤器已经过天然泉水、管井水（地下水）和印度市政自来水的测试。由银杏（Ginkgo Biloba）和喜马拉雅松（Pinus roxburghii）制成的直径4厘米、厚度1厘米的过滤器在1米重力头下能够处理至少10升的水，并在大多数情况下显示出对大肠杆菌的完全去除。

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