Исследователи, как сообщается в ACS Energy Letters, разработали похожий на губку материал с длинными микроскопическими воздушными карманами, который с помощью солнечного света и простой пластиковой крышки превращает солёную воду в пресную. В ходе экспериментального тестирования на открытом воздухе удалось получить питьевую воду под воздействием естественного солнечного света, что является шагом на пути к низкоэнергетическому и экологичному опреснению.
Это не первый случай, когда учёные создают пористые материалы, использующие солнечный свет в качестве возобновляемого источника энергии для очистки или опреснения воды. Например, гидрогель, напоминающий мочалку для тела, с полимерами внутри пор был протестирован на воде, загрязнённой хромом. При нагревании на солнце гидрогель быстро выделял чистый водяной пар в результате испарения. Но если гидрогели мягкие и наполнены жидкостью, то аэрогели более жёсткие и содержат твёрдые поры, которые могут транспортировать жидкую воду или водяной пар. Аэрогели тестировались в качестве средства для опреснения воды, но их эффективность в этом процессе ограничена скоростью испарения, которая снижается по мере увеличения размера материала. Авторы новой работы решили создать пористый аэрогель для опреснения воды, который сохранял бы свою эффективность при разных размерах.
Исследователи приготовили пасту, содержащую углеродные нанотрубки и целлюлозные нановолокна, а затем нанесли её методом 3D-печати на замороженную поверхность, давая каждому слою затвердеть перед нанесением следующего. В результате получился губчатый материал с равномерно распределёнными крошечными вертикальными отверстиями шириной около 20 микрометров каждое. Они протестировали квадратные образцы материала размером от 0,4 дюйма (1 см) до примерно 3 дюймов (8 см) в ширину и обнаружили, что более крупные образцы испаряют воду так же эффективно, как и более мелкие.
В ходе эксперимента на открытом воздухе исследователи поместили материал в чашку с морской водой и накрыли её изогнутой прозрачной пластиковой крышкой. Солнечный свет нагревал верхнюю часть губчатого материала, испаряя только воду, а не соль, и превращая её в водяной пар. Пар оседал на пластиковой крышке в виде жидкости, перемещая теперь уже чистую воду к краям, откуда она стекала в воронку и контейнер под чашкой. За 6 часов под воздействием естественного солнечного света система произвела около 3 столовых ложек питьевой воды.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c01233
By