Proponiamo una strategia di compositing organogel-idrogel per ottimizzare le prestazioni complete degli evaporatori a guida solare nella pratica purificazione dell'acqua inquinata da olio. La capacità di galleggiamento ultra-stabile, la proprietà anti-incrostazione dell'olio, il processo di vaporizzazione accelerato, la resistenza al sale a lungo termine e la scalabilità sono integrati in un'unica piattaforma. Credito:Nano ricerca (2022). DOI:10.1007/s12274-022-4118-8
L'ultimo rapporto dell'Intergovernmental Panel on Climate Change delle Nazioni Unite dipinge un quadro desolante per l'approvvigionamento idrico mondiale:dei 7,8 miliardi di persone sulla Terra, circa 4 miliardi non hanno accesso ad acqua sufficientemente pulita per almeno un mese all'anno. Sebbene siano stati proposti diversi schemi di purificazione dell'acqua, essi falliscono costantemente ad un certo punto critico:in genere, non sono abbastanza stabili, grandi o resistenti per applicazioni nel mondo reale, secondo i ricercatori con sede presso l'Istituto tecnico di fisica e chimica, Accademia cinese delle scienze e la Xiamen University in Cina che potrebbero aver risolto il problema.
Il 22 marzo in Nano Research , i ricercatori hanno riportato i dettagli di una nuova piattaforma che utilizza la luce solare per purificare l'acqua di mare con un'elevata efficienza energetica rispetto ad altri approcci simili (oltre il 90%) evitando anche le insidie comuni.
"C'è un'enorme richiesta di acqua dolce nelle famiglie e per applicazioni industriali, agricole e di altro tipo, quindi sono state sviluppate varie tecnologie di purificazione dell'acqua per alleviare la carenza di risorse di acqua dolce", ha affermato l'autore del documento Miao Wang, del College of Materials dell'Università di Xiamen. "Confrontando i percorsi, la purificazione solare dell'acqua di mare o dell'acqua contaminata tramite l'evaporazione interfacciale è promettente come sistema a basso costo."
Tali approcci di purificazione utilizzano la luce solare per riscaldare l'acqua sulla sua superficie, evaporando il liquido e separando le controparti inquinate o salate dalle molecole d'acqua, che poi fuoriescono nell'aria come vapore per entrare nel ciclo naturale di condensazione per diventare acqua pulita e consumabile. Il problema, secondo l'autore dell'articolo Xu Hou, il College of Chemistry and Chemical Engineering dell'Università di Xiamen e il College of Physical Science and Technology, è che i tentativi di scalare questo approccio per l'applicazione nel mondo reale sono stati ostacolati da contaminazione da olio, instabilità, sale cristallizzazione e complicati processi di fabbricazione.
"Per generare più acqua purificata con la stessa quantità di luce solare, come possiamo acquisire più energia per riscaldare localmente l'acqua per migliorare il tasso di vaporizzazione, senza incontrare gli svantaggi di altri approcci?" Ho chiesto. "Abbiamo risposto a questa domanda e progettato una piattaforma dell'evaporatore ultra-stabile e resistente al sale in grado di mantenere l'evaporazione accelerata pur continuando a respingere l'olio per prevenire la contaminazione".
I ricercatori hanno combinato due gel in un'emulsione olio in acqua. Il materiale in gel, chiamato organoidrogel, può spostarsi tra le fasi della materia ma è in gran parte liquido contenuto in una rete di catene molecolari. Dosando l'organoidrogel con nanotubi di carbonio, i ricercatori hanno creato "punti caldi" che possono focalizzare localmente la luce solare sulla superficie dell'acqua, impedendo la dissipazione del calore in tutta l'area. La struttura ramificata del materiale aiuta anche a impedire la dissipazione dell'energia e aiuta il trasferimento di molecole per prevenire la cristallizzazione del sale.
L'organoidrogel ha una bassa densità, quindi quando si immerge al di sotto del livello della superficie dell'acqua, può galleggiare nuovamente per un processo di evaporazione duraturo. L'acqua sollevata circonda l'evaporatore, creando un effetto di repulsione capillare laterale in cui le molecole di olio si staccano dall'acqua riscaldata, come il mercurio che si stacca dal vetro di un termometro.
Nei test sperimentali, la piattaforma ha evaporato circa 2,4 chilogrammi di acqua per metro quadrato all'ora e potrebbe persistere per 240 ore senza bisogno di ulteriore smaltimento, anche in condizioni di "enorme contaminazione da olio", ha affermato l'autore del documento Shutao Wang, Accademia cinese delle scienze (CAS). ) Laboratorio chiave di materiali bioispirati e scienze interfacciali, Istituto tecnico di fisica e chimica.
"Abbiamo sviluppato una piattaforma di riscaldamento antivegetativa con un notevole utilizzo dell'energia solare, che mostra un grande potenziale per una purificazione dell'acqua pratica e basata sull'energia solare anche in acque fortemente contaminate", ha affermato Wang, "Ci auguriamo che questo approccio economico e rispettoso dell'ambiente possa aiuto per alleviare ulteriormente la scarsità globale di risorse di acqua dolce". + Esplora ulteriormente
