Недостигот на свежа вода е се повеќе сериозен предизвик за општествениот развој. Известено е дека 29% од глобалното население нема безбедна вода за пиење, а побарувачката за чиста вода сè уште се зголемува поради растот на населението и еколошките проблеми. Чистата вода поврзана со санитарните услови е особено важна во контекст на моменталната појава на коронавирусна болест (Неокоронавирусна пневмонија). Испарувањето на водата со соларна енергија се смета за една од најперспективните технологии за производство на чиста вода од морска вода и отпадна вода користејќи сончева светлина како единствен влез на енергија. Технологијата во голема мера се потпира на сончевите апсорбери, кои делуваат како испарувачи за да ја претворат сончевата енергија во топлина за производство на пареа. За да се постигнат високи стапки на испарување на водата и ефикасност на конверзија на сончевата топлина, идеалниот материјал треба да има широк опсег на апсорпција за ефикасно искористување на голем дел од сончевиот спектар, ниска топлинска спроводливост за да се потисне загубата на топлина и тридимензионални (3D) порозни канали за ефикасен транспорт на вода. Досега, научниците развиле различни фототермални материјали базирани на јаглерод (на пр. графен или јаглеродни наноцевки), полимери, метали и метални оксиди и нивни хибриди итн.
Научниците работеа напорно за да истражат и да направат многу откритија во последниве години, па ајде да научиме од неколку актуелни публикации за напредокот во истражувањето во производството на фототермална чиста вода во последниве години.
- Природата комуникации: листовите од растенијата инспирираат соларна енергија, високо-ефикасен прочистувач на вода
Листовите на природните васкуларни растенија се потпираат на разликите во осмотскиот притисок, транспирацијата и екскрецијата за да произведат тони чиста вода, напојувани од сончева светлина. Инспирирани од ова, истражувачите во групата на Чун Ли на Универзитетот Кингхуа објавија прочистувач управуван од сончева светлина за ефикасно прочистување и производство на вода. Овој прочистувач управуван од сончева светлина има поли(N-изопропилакриламиден) хидрогел (PN) кој реагира негативно на температурата, поставен на суперхидрофилна меламинска пена и обложен со PNIPAm-модифицирана графенска (PG) филтер мембрана од надворешната страна. Симулациите на молекуларна динамика и експерименталните резултати покажаа дека суперхидрофилната природа на релативно цврстата меламинска пена значително ја забрзува стапката на отекување/од-отекување на прочистувачот PNPG-F. Под ист интензитет на сончева светлина, оваа рационално дизајнирана структура обезбеди собирање од 4.2 kg/m2/h и > 99% отстранување на јони за еден PNPG-F од саламура преку синергистички ефекти на испарување и додавање капка по капка. Авторот предвидува големи потенцијални апликации за овој високо ефикасен систем управуван од сончева светлина во различни апликации за третман на вода. Студијата беше објавена како труд со наслов „Листовите од растенијата инспирирани од прочистувач на сончева светлина за високоефикасно производство на чиста вода“ во списанието Nature Communications.
- Науката напредува: високо хидрирачки полимерни мрежи од хидрогели што апсорбираат светлина за сончево прочистување на водата
Соларното испарување на водата за прочистување на водата е ветувачка технологија за производство на слатка вода. Сепак, создавањето на соларна пареа е енергетско интензивно, што резултира со слабо производство на вода при природна дневна светлина. Затоа, постои голема потреба да се развијат нови материјали кои можат да ја намалат побарувачката на енергија за испарување на водата и да го забрзаат сончевото прочистување на водата. Групата на професорот Гуихуа Ју во Остин, Тексас, САД, извести за високо хидриран хидрогел што апсорбира светлина (h-LAH) составен од поливинил алкохол и хитосан како столб за хидратација и полипирол како апсорбер на светлина, кој може да користи помалку енергија (< 50% од волуменот на водата) за испарување на водата. Беше докажано дека зголемувањето на капацитетот за хидратација на h-LAH може да ја промени состојбата на водата и делумно да ја активира водата, а со тоа да го олесни испарувањето на водата. h-LAH го зголеми производството на соларна пареа до рекордна стапка од ~ 3.6 kg/m2/h на 1 сонце. Сончевото испарување на водата базирано на h-LAH, исто така, покажа долгорочна издржливост и својства против ѓубрење против сложените јонски загадувачи. Истражувањето беше објавено во трудот со наслов „Прочистувач на сончева светлина инспириран од растителни лисја за високоефикасно производство на чиста вода“ во поджурналот Science Advances.
- Angew: COF материјали со суперхидрофилност и апсорпција на светлина со широка бранова должина за фототермално испарување на водата
Инхерентната хидрофобност и ограничената апсорпција на светлината на порозните органски полимери, особено во блискиот инфрацрвен регион (NIR), се две тесни грла што ја попречуваат нивната примена во создавањето на соларна пареа (SSG). Истражувачите од групата на Ксијаоли Јан на Универзитетот Џилин развија ковалентна органска рамка (COF) заснована на 1,4,5,8 тетракис(фениламино)антрацен-9,10-дион (TPAD) (TPAD-COF), која се карактеризира со суперхидрофилност и апсорпција на широка светлина што го покрива целиот SSG/видлив регион од NIR. TPAD-COF, како ефикасен материјал за фототермална конверзија без никакви адитиви, покажува одлично испарување на водата од 1.42 kg/m2/h и постигнува висока енергетска ефикасност на конверзија од 94% при едно зрачење со сончев интензитет. Дополнително проширување на опсегот на апсорпција на светлина COF базиран на TPAD беше постигнато со пост-синтетичка модификација на хелатни BF2 молекули. Систематските контролни експерименти и анализи потврдуваат дека хидрофилноста на материјалот за фототермална конверзија игра подоминантна улога во сегашните COF базирани на TPAD кои се користат за фототермално испарување на водата. Истражувачката работа, насловена како „Суперхидрофилни 2D ковалентни органски рамки како широкопојасни апсорбери за ефикасно создавање сончева пареа“, беше објавена во највисокото меѓународно списание Angewise. Делото е објавено во врвното меѓународно списание Angew. Chem. Инт. Ед.
- JACS: хидрофилно-хидрофобичен дворегион COF/графен хидрогел за фототермално испарување на вода
Соларното испарување на водата е одржлива технологија за третман на вода која може да помогне во ублажувањето на глобалниот недостиг на вода. Сепак, оваа технологија се соочува со големи предизвици поради високата потрошувачка на енергија и ниската стапка на испарување на испарувањето на водата. Групата на проф. Арне Томас на Техничкиот универзитет во Берлин, Германија, известува за ковалентна органска рамка (COF) / хидрогел со дворегион на графен кој содржи и хидрофилни и хидрофобни региони во еден материјал преку едноставна стратегија за раст in situ. Хидрофилниот COF покрива дел од хидрофобниот графен регион. Со прецизна контрола на двата региони на мокрење, хибридниот хидрогел покажува ефективно собирање на светлина, приспособливо навлажнување, оптимизирана содржина на вода и намалена потреба за енергија за испарување на водата. Како сончев апсорбер, хидрогелот со двоен регион постигнува брзина на создавање пареа до 3.69 kg/m2/h за 1 сончево зрачење (1kw/m2), што е споредливо со другите напредни материјали. Дополнително, овој испарувач на хидрогел може да се користи за производство на вода за пиење од морска вода и канализација, покажувајќи го потенцијалот за третман на водата. Истражувачката работа беше објавена во списанието JACS како „Ковалентна органска рамка/Графенски дво-регионен хидрогел за подобрено производство на вода од Сонцето“, JACS, врвно меѓународно списание.
- Науката напредува: високо-ефикасен фототермички испарувач на вода инспирирана од структурата на сечилото на воден крин
Во последниве години, меѓуфабричното создавање на соларна пареа покажа голем потенцијал за постигнување висока ефикасност на конверзија на енергија за бигор и третман на отпадни води. Сепак, високите стапки на испарување не можат да се одржат поради навидум неизбежната акумулација на нечистотија или сол на сончевиот апсорбер. Разградувањето се забрзува како што се зголемува концентрацијата на растворени материи. За да се реши овој проблем, групата на проф. Џиа Жу од Универзитетот Нанџинг, инспирирана од структурата на листовите на воден крин, дизајнираше повеќестепена структура (уред за фототермална конверзија на пареа од хиерархиска структура инспирирана од вода крин (WHS), кој може да постигне 80% фототермална ефикасност на конверзија при третирање на сол од 10% од високо концентрирана вода и 30%. Отпадна вода Вреди да се спомене дека ефикасноста на фототермалната конверзија не се намалува значително за време на обработката на високо концентрирана саламура и отпадна вода додека не заврши испарувањето (т.е. „нулта празнење“), а површината е објавена во Science Advance под наслов „Висока хиерархија инспирирана од вода“.
- Нано енергија: Молибден дисулфид за фототермално испарување на водата
Истражувачите во групата на Лифенг Ван во Институтот за гранични материјали на Универзитетот Дикин развија серија дисулфидни и нитридни хетероструктури богати со азот од преодни метали за испарување на водата од сонцето преку делумна кристална трансформација. Особено, овие напредни 2D хетероструктури покажуваат подобрена спектрална апсорпција во инфрацрвениот опсег и одлична хемиска стабилност во различни раствори, вклучувајќи вода, киселини и бази. Поважно, поради зголемениот интензитет на спектрална апсорпција и намалената загуба на топлина, сончевиот термален уред од MoS2-Mo5N6/ меламинска пена (MF) покажува висока стапка на испарување (2.31 kg m-2h-1) и ефикасност на конверзија (106.6%), кои се 1.4 и 4.7 пати повисоки од оние на сончевите уреди MoS2/MF и MF/вода, соодветно. Оваа работа обезбедува серија напредни 2D-2D TMD-нитридни хетероструктури богати со азот со одлични фототермални перформанси за производство на вода од сонцето. Оваа работа беше објавена во Nano energy, водечко меѓународно списание, како „Напредни 2D-2D хетероструктури на дихалкогениди на преодни метали и нитриди богати со азот за производство на вода од сончева светлина“.
Технологијата за испарување на соларната фототермална вода се очекува да го реши глобалниот недостиг на чиста вода, она што сега треба да се реши е евтината подготовка на фототермални материјали, високата ефикасност во работењето, како и стабилноста и преносливоста на употреба во практични средини за примена, со нетрпение очекуваме да има повеќе резултати во иднина за рана корист на целото човештво!
За повеќе информации во врска со меламин пената, ве молиме контактирајте не на [email protected] или јавете ни се гласовно: +86-28-8411-1861.
Некои слики и текстови се репродуцираат од Интернет, а авторските права му припаѓаат на оригиналниот автор. Ако има некакво прекршување, ве молиме контактирајте не за да го избришете.