Дэфіцыт прэснай вады становіцца ўсё больш сур'ёзнай праблемай для сацыяльнага развіцця. Паведамляецца, што 29% сусветнага насельніцтва не хапае бяспечнай пітной вады, і попыт на чыстую ваду ўсё яшчэ расце з-за росту колькасці насельніцтва і экалагічных праблем. Чыстая вада, звязаная з санітарыяй, асабліва важная ў кантэксце цяперашняй успышкі каранавіруснай хваробы (неакаранавіруснай пнеўманіі). Выпарэнне вады на сонечнай энергіі лічыцца адной з найбольш перспектыўных тэхналогій атрымання чыстай вады з марской вады і сцёкавых вод з выкарыстаннем сонечнага святла ў якасці адзінага крыніцы энергіі. Тэхналогія ў значнай ступені абапіраецца на сонечныя паглынальнікі, якія дзейнічаюць як выпарнікі для пераўтварэння сонечнай энергіі ў цяпло для вытворчасці пары. Для дасягнення высокай хуткасці выпарэння вады і эфектыўнасці пераўтварэння сонечнага цяпла ідэальны матэрыял павінен мець шырокі дыяпазон паглынання для эфектыўнага выкарыстання вялікай часткі сонечнага спектру, нізкую цеплаправоднасць для падаўлення страт цяпла і трохмерныя (3D) порыстыя каналы для эфектыўнага транспарту вады. Да гэтага часу навукоўцы распрацавалі розныя фотатэрмічныя матэрыялы на аснове вугляроду (напрыклад, графен або вугляродныя нанатрубкі), палімераў, металаў і аксідаў металаў і іх гібрыдаў і інш.
Навукоўцы ўпарта працавалі, каб даследаваць і здзейсніць шмат прарываў у апошнія гады, таму давайце даведаемся з некалькіх тэматычных публікацый аб прагрэсе даследаванняў фотатэрмальнай вытворчасці чыстай вады ў апошнія гады.
- Камунікацыі прыроды: лісце раслін натхняюць на стварэнне высокаэфектыўнага ачышчальніка вады на сонечнай энергіі
Лісце натуральных сасудзістых раслін залежаць ад розніцы ў асматычным ціску, транспірацыі і выдзяленні, каб вырабляць тоны чыстай вады, сілкуемай сонечным святлом. Натхнёныя гэтым, даследчыкі з групы Чунь Лі ва Універсітэце Цынхуа паведамілі пра ачышчальнік, які працуе на сонечным святле, для эфектыўнай ачысткі і вытворчасці вады. Гэты ачышчальнік, які працуе на сонечным святле, мае полі(N-ізапрапілакрыламідны) гідрагель (PN), які рэагуе на адмоўную тэмпературу, замацаваны на супергідрафільнай меламінавай пенапластавой аснове і пакрыты звонку мадыфікаванай PNIPAm графенавай (PG) фільтруючай мембранай. Малекулярна-дынамічнае мадэляванне і эксперыментальныя вынікі паказалі, што супергідрафільная прырода адносна жорсткай меламінавай асновы значна паскарае хуткасць набракання/зняцця набракання ачышчальніка PNPG-F. Пры аднолькавай інтэнсіўнасці апраменьвання сонечным святлом гэтая рацыянальна распрацаваная канструкцыя забяспечвала збор 4.2 кг/м2/г і выдаленне > 99% іонаў для адной PNPG-F з расолу дзякуючы сінергічнаму эфекту выпарэння і кропельнага дадання. Аўтар бачыць вялікі патэнцыял прымянення гэтай высокаэфектыўнай сістэмы, якая працуе на сонечным святле, у розных сферах ачысткі вады. Даследаванне было апублікавана ў артыкуле пад назвай «Лісце раслін натхнілі ачышчальнік, які працуе на сонечным святле, для высокаэфектыўнай вытворчасці чыстай вады» ў падчасопісе Nature communications.
- Дасягненні навукі: высокаўвільгатняльныя палімерныя сеткі гідрагеляў, якія паглынаюць святло, для сонечнай ачысткі вады
Сонечнае выпарванне вады для ачысткі з'яўляецца перспектыўнай тэхналогіяй вытворчасці прэснай вады. Аднак выпрацоўка сонечнай пары энергаёмістая, што прыводзіць да нізкай вытворчасці вады пры натуральным дзённым асвятленні. Такім чынам, існуе вялікая патрэба ў распрацоўцы новых матэрыялаў, якія могуць знізіць патрэбу ў энергіі для выпарэння вады і паскорыць сонечную ачыстку вады. Група прафесара Гуйхуа Ю з Осціна, штат Тэхас, ЗША, паведаміла аб высокаўвільгатненым святлопаглынальным гідрагелі (h-LAH), які складаецца з полівінілавага спірту і хітазана ў якасці асновы гідратацыі і поліпірола ў якасці паглынальніка святла, які можа выкарыстоўваць менш энергіі (<50% аб'ёму вады) для выпарэння вады. Было прадэманстравана, што павелічэнне гідратацыйнай здольнасці h-LAH можа змяніць стан вады і часткова актываваць ваду, тым самым палягчаючы выпарэнне вады. h-LAH павялічыў выпрацоўку сонечнай пары да рэкорднай хуткасці ~3.6 кг/м2/г за 1 сонца. Сонечнае выпарэнне вады на аснове h-LAH таксама прадэманстравала доўгатэрміновую трываласць і ўласцівасці супраць абрастання супраць складаных іённых забруджванняў. Даследаванне было апублікавана ў артыкуле пад назвай «Ачышчальнік, які працуе на сонечным святле, натхнёны лісцем раслін для высокаэфектыўнай вытворчасці чыстай вады» ў падчасопісе Science Science Advances.
- Angew: матэрыялы COF з супергідрафільнасцю і паглынаннем святла ў шырокім дыяпазоне хваль для фотатэрмальнага выпарэння вады
Уласцівая гідрафобнасць і абмежаванае паглынанне святла порыстых арганічных палімераў, асабліва ў блізкай інфрачырвонай (NIR) вобласці, з'яўляюцца двума вузкімі месцамі, якія перашкаджаюць іх прымяненню ў сонечнай парагенерацыі (SSG). Даследчыкі з групы Сяолі Яня з Універсітэта Цзілінь распрацавалі кавалентны арганічны каркас (COF) на аснове 1,4,5,8 тэтракіс(феніламіна)антрацэн-9,10-дыёна (TPAD) (TPAD-COF), які характарызуецца супергідрафільнасцю і шырокім паглынаннем святла, які ахоплівае SSG з усёй УФ/бачнай БІЧ вобласці. TPAD-COF, як эфектыўны матэрыял для фотатэрмічнага пераўтварэння без якіх-небудзь дабавак, дэманструе выдатнае выпарэнне вады ў 1.42 кг/м2/гадз і дасягае высокай эфектыўнасці пераўтварэння энергіі ў 94% пры адным інтэнсіўным сонечным апрамяненні. Далейшае пашырэнне дыяпазону паглынання святла COF на аснове TPAD было дасягнута шляхам постсінтэтычнай мадыфікацыі хелатных малекул BF2. Сістэматычныя кантрольныя эксперыменты і аналіз пацвярджаюць, што гідрафільнасць матэрыялу фотатэрмічнага пераўтварэння адыгрывае больш дамінуючую ролю ў сучасных COF на аснове TPAD, якія выкарыстоўваюцца для выпарэння фотатэрмальнай вады. Даследчая праца пад назвай «Superhydrophilic2D Covalent Organic Frameworks as Broadband Absorbers for Efficient Solar Steam Generation» была апублікавана ў вядучым міжнародным часопісе Angewise. Праца была апублікаваная ў вядучым міжнародным часопісе Angew. хім. міжнар. Рэд.
- JACS: гідрафільна-гідрафобны двухрэгіённы COF/графенавы гідрагель для фотатэрмальнага выпарэння вады
Сонечнае выпарэнне вады - гэта ўстойлівая тэхналогія ачысткі вады, якая можа дапамагчы паменшыць глабальны дэфіцыт вады. Аднак гэтая тэхналогія сутыкаецца з вялікімі праблемамі з-за высокага спажывання энергіі і нізкай хуткасці выпарэння вады. Група прафесара Арнэ Томаса з Берлінскага тэхнічнага ўніверсітэта, Германія, паведамляе пра гідрагель з двух абласцей кавалентнага арганічнага каркаса (COF)/графена, які змяшчае гідрафільныя і гідрафобныя вобласці ў адным матэрыяле з дапамогай простай стратэгіі росту in situ. Гідрафільны COF ахоплівае частку гідрафобнай вобласці графена. За кошт дакладнага кантролю дзвюх абласцей змочвання гібрыдны гідрагель дэманструе эфектыўны збор святла, наладжвальную змочвальнасць, аптымізаванае ўтрыманне вады і зніжэнне патрэб энергіі для выпарэння вады. У якасці сонечнага паглынальніка гідрагель з двума абласцямі дасягае хуткасці параўтварэння да 3.69 кг/м2/г за 1 сонечнае апраменьванне (1 кВт/м2), што параўнальна з іншымі перадавымі матэрыяламі. Акрамя таго, гэты гідрагелевы выпарнік можна выкарыстоўваць для атрымання пітной вады з марской вады і сцёкавых вод, дэманструючы патэнцыял ачысткі вады. Даследчая праца была апублікавана ў часопісе JACS пад назвай «Кавалентны арганічны каркас/гідрагель з двума абласцямі графена для палепшанай генерацыі вады на сонечных батарэях», вядучым міжнародным часопісе JACS.
- Дасягненні навукі: высокаэфектыўны фотатэрмальны выпарнік вады, натхнёны структурай ляза гарлачыка
У апошнія гады межфазная генерацыя сонечнай пары паказала вялікі патэнцыял у дасягненні высокай эфектыўнасці пераўтварэння энергіі для апраснення і ачысткі сцёкавых вод. Аднак высокая хуткасць выпарэння не можа падтрымлівацца з-за, здавалася б, непазбежнага назапашвання забруджвання або солі на сонечным паглынальніку. Дэградацыя паскараецца па меры павелічэння канцэнтрацыі растворанага рэчыва. Каб вырашыць гэтую праблему, група прафесара Цзя Чжу з Нанкінскага ўніверсітэта, натхніўшыся структурай лісця гарлачыка, спраектавала шматступеністую структуру (прылада фотатэрмічнага пераўтварэння пары, натхнёная гарлачыкам (WHS), якая можа дасягнуць 80% эфектыўнасці фотатэрмічнага пераўтварэння пры апрацоўцы 10% мас. высокаканцэнтраванай салёнай вады і 30% мас. сцёкавых вод. Гэта варта згадваючы, што эфектыўнасць фотатэрмічнага пераўтварэння істотна не зніжаецца падчас ачысткі высокаканцэнтраванага расола і сцёкавых вод, пакуль не завершыцца выпарэнне (г.зн. «нулявы разрад»), і праца была апублікавана ў Science Advance пад назвай «Іерархічны дызайн, натхнёны гарлачыкам для стабільнага і эфектыўнага сонечнага выпарэння расола з высокай салёнасцю».
- Нанаэнергія: дысульфід малібдэна для фотатэрмальнага выпарэння вады
Даследчыкі з групы Ліфенг Ван з Інстытута памежных матэрыялаў Універсітэта Дыкіна распрацавалі серыю гетэраструктур дысульфідаў пераходных металаў і багатых азотам нітрыдаў для сонечнага выпарэння вады шляхам частковага крышталічнага пераўтварэння. У прыватнасці, гэтыя перадавыя 2D-гетэраструктуры дэманструюць палепшанае спектральнае паглынанне ў інфрачырвоным дыяпазоне і выдатную хімічную стабільнасць у розных растворах, уключаючы ваду, кіслоты і шчолачы. Што яшчэ больш важна, дзякуючы палепшанай інтэнсіўнасці спектральнага паглынання і зніжаным цепластратам, сонечная цеплавая прылада MoS2-Mo5N6/ меламінавая пена (MF) дэманструе высокую хуткасць выпарэння (2.31 кг м-2г-1) і эфектыўнасць пераўтварэння (106.6%), якія ў 1.4 і 4.7 разы вышэй, чым у сонечных прылад MoS2/MF і MF/вада адпаведна. Гэтая праца прадстаўляе серыю перадавых 2D-2D TMD-гетэраструктур багатых азотам нітрыдаў з выдатнымі фотатэрмічнымі характарыстыкамі для вытворчасці сонечнай вады. Гэтая праца была апублікаваная ў Nano energy, вядучым міжнародным часопісе, пад назвай «Пашыраныя 2D-2D гетэраструктуры дыхалкагенідаў пераходных металаў і багатых азотам нітрыдаў для вытворчасці сонечнай вады».
Чакаецца, што тэхналогія сонечнага фотатэрмальнага выпарэння вады вырашыць праблему глабальнага дэфіцыту чыстай вады. Цяпер трэба вырашыць недарагую падрыхтоўку фотатэрмальных матэрыялаў, высокаэфектыўнае функцыянаванне, а таксама стабільнасць і партатыўнасць выкарыстання ў практычных умовах прымянення, з нецярпеннем чакаем большых вынікаў у будучыні на карысць усяго чалавецтва!
Каб атрымаць дадатковую інфармацыю пра меламінавую пену, звяжыцеся з намі па адрасе [email protected] або па тэлефоне: +86-28-8411-1861.
Некаторыя выявы і тэксты ўзяты з Інтэрнэту, і аўтарскія правы належаць першапачатковаму аўтару. Калі ёсць якія-небудзь парушэнні, калі ласка, звяжыцеся з намі, каб выдаліць.