Эта революционная губка может изменить способ получения чистой воды в мире
Группа ученых разработала революционный аэрогель, похожий на губку, который может превращать морскую воду в чистую питьевую воду, используя только солнечный свет.
В отличие от более ранних материалов, эта напечатанная на 3D-принтере структура заполнена микроскопическими вертикальными каналами, которые позволяют ей эффективно испарять воду даже в больших масштабах. Во время испытаний на открытом воздухе губка произвела питьевую воду всего за несколько часов, без использования электричества или сложной инфраструктуры.
Превращение солнечного света в пресную воду
Большая часть воды на Земле находится в океанах, но она слишком соленая, чтобы ее можно было пить. Хотя опреснительные установки могут удалять соль и делать морскую воду пригодной для питья, они обычно потребляют много энергии. Теперь исследователи разработали многообещающий новый материал, который может изменить эту ситуацию.
В журнале ACS Energy Letters команда ученых сообщила о создании губчатой структуры, заполненной длинными микроскопическими воздушными каналами, которые используют солнечный свет для превращения соленой воды в свежую чистую воду. В ходе испытаний на открытом воздухе эта простая система, состоящая всего из губки и прозрачной пластиковой крышки, успешно произвела питьевую воду, используя только естественный солнечный свет. Это шаг к тому, чтобы сделать низкоэнергетическое, устойчивое опреснение воды более доступным.
От люфы до аэрогелей: эволюция солнечных губок
Ученые уже некоторое время экспериментируют с материалами, использующими энергию солнца для очистки воды. В одном из ранних примеров использовался гидрогель, вдохновленный люфой, наполненный специальными полимерами. Под воздействием солнечного света он нагревался и выделял чистый водяной пар из загрязненной воды. Такие гидрогели мягкие и наполнены жидкостью, но есть еще один класс материалов — аэрогели — которые более жесткие.
Они имеют твердые поры и могут пропускать воду или пар через свою структуру. Аэрогели показали себя перспективными для опреснения воды, но часто теряют эффективность при увеличении размера. Чтобы решить эту проблему, исследователь Си Шен и его коллеги приступили к разработке нового типа аэрогеля, который остается одинаково эффективным как в маленьком, так и в большом размере.
3D-печатный губчатый аэрогель с микроскопическими каналами
Исследователи изготовили пасту, содержащую углеродные нанотрубки и нановолокна целлюлозы, а затем напечатали ее на замороженной поверхности с помощью 3D-принтера, давая каждому слою затвердеть перед добавлением следующего. В результате этого процесса образовался губчатый материал с равномерно распределенными крошечными вертикальными отверстиями шириной около 20 микрометров. Они протестировали квадратные кусочки материала размером от 0,4 дюйма (1 сантиметр) до 3 дюймов (8 сантиметров) в ширину и обнаружили, что более крупные кусочки выделяют воду путем испарения с такой же эффективностью, как и более мелкие.
Реальные испытания: солнечный свет, соленая вода и простая установка
В ходе испытания на открытом воздухе исследователи поместили материал в чашку с морской водой и накрыли ее изогнутой прозрачной пластиковой крышкой. Солнечный свет нагревал верхнюю часть губчатого материала, испаряя только воду, а не соль, в виде водяного пара. Пар собирался на пластиковой крышке в виде жидкости, перемещаясь к краям, где капал в воронку и емкость под чашкой. После 6 часов на естественном солнечном свете система произвела около 3 столовых ложек питьевой воды.
Масштабируемое, устойчивое и не требующее энергии опреснение
«Наш аэрогель позволяет осуществлять опреснение с полной производительностью при любом размере, — говорит Шен, — что обеспечивает простое, масштабируемое решение для опреснения без использования энергии с целью получения чистой воды».
