מחסור במים מתוקים הוא אתגר רציני יותר ויותר להתפתחות החברתית. מדווח כי ל-29% מאוכלוסיית העולם חסרים מי שתייה בטוחים, והביקוש למים נקיים עדיין עולה עקב גידול אוכלוסין ובעיות סביבתיות. מים נקיים הקשורים לתברואה חשובים במיוחד בהקשר של ההתפרצות הנוכחית של מחלת הקורונה (דלקת ריאות של ניאוקורונה). אידוי מים באמצעות אנרגיה סולארית נחשבת לאחת הטכנולוגיות המבטיחות ביותר להפקת מים נקיים ממי ים ומי שפכים תוך שימוש באור השמש ככניסת האנרגיה היחידה. הטכנולוגיה מסתמכת במידה רבה על בולמי שמש, הפועלים כמאיידים להמרת אנרגיית השמש לחום להפקת קיטור. כדי להשיג שיעורי אידוי מים גבוהים ויעילות המרת חום השמש, החומר האידיאלי צריך להיות בעל מגוון רחב של ספיגה כדי לנצל ביעילות חלק גדול מהספקטרום הסולארי, מוליכות תרמית נמוכה לדיכוי איבוד חום ותעלות נקבוביות תלת מימדיות (3D) להובלת מים יעילה. עד כה, מדענים פיתחו חומרים פוטו-תרמיים שונים המבוססים על פחמן (למשל, גרפן או ננו-צינוריות פחמן), פולימרים, מתכות ותחמוצות מתכות והכלאיים שלהם וכו'.
מדענים עבדו קשה כדי לחקור ולעשות פריצות דרך רבות בשנים האחרונות, אז בואו נלמד מכמה פרסומים אקטואליים על התקדמות המחקר בייצור מים נקיים פוטו-תרמית בשנים האחרונות.
- תקשורת טבע: עלי צמחים נותנים השראה למטהר מים בעל אנרגיה סולארית ביעילות גבוהה
העלים של צמחי כלי דם טבעיים מסתמכים על הבדלים בלחץ האוסמוטי, הטרנספירציה וההפרשה כדי לייצר טונות של מים נקיים, המופעלים על ידי אור השמש. בהשראת זה, חוקרים בקבוצתו של צ'ון לי באוניברסיטת צ'ינגואה דיווחו על מטהר מונחה אור שמש לטיהור וייצור מים יעילים. מטהר מונע אור שמש זה כולל הידרוג'ל פולי(N-isopropylacrylamide) המגיב לטמפרטורה שלילית המעוגן על גבי סופר-הידרופילי. קצף מלמין עמוד השדרה ומצופה בממברנת סינון גרפן (PG) עם שינוי PNIPAM מבחוץ. הדמיות דינמיקה מולקולרית ותוצאות ניסויים הראו שהאופי הסופר-הידרופילי של עמוד השדרה הנוקשה יחסית של מלמין האיץ באופן משמעותי את קצב הנפיחות/הסרת התנפחות של מטהר PNPG-F. תחת אותה הקרנה בעוצמת אור השמש, המבנה שהונדס בצורה רציונלית זה סיפק איסוף של 4.2 ק"ג/מ"ר לשעה ו-> 2% הרחקת יונים עבור PNPG-F יחיד מהזנת תמלחת באמצעות ההשפעות הסינרגטיות של אידוי וטפטוף. המחבר חוזה יישומים פוטנציאליים גדולים עבור מערכת יעילה זו המונעת מאור שמש ביישומים שונים לטיפול במים. המחקר פורסם כמאמר שכותרתו "מטהר מונחה אור השמש בהשראת עלי צמחים לייצור מים נקיים ביעילות גבוהה" בכתב העת Nature, המשנה Nature communications.
- התקדמות המדע: רשתות פולימריות הניתנות לחדר גבוה של הידרוג'לים סופחי אור לטיהור מים סולאריים
אידוי מים סולארי לטיהור מים היא טכנולוגיה מבטיחה לייצור מים מתוקים. עם זאת, ייצור אדי שמש הוא עתיר אנרגיה, וכתוצאה מכך ייצור מים נמוך באור יום טבעי. לכן, יש צורך גדול בפיתוח חומרים חדשים שיכולים להפחית את הדרישה לאנרגיה לאידוי מים ולהאיץ את טיהור המים הסולאריים. הקבוצה של פרופסור Guihua Yu באוסטין, טקסס, ארה"ב, דיווחה על הידרוג'ל סופג אור (h-LAH) בעל לחות גבוהה המורכב מאלכוהול פוליוויניל וצ'יטוזן כעמוד השדרה של הידרציה ופוליפירול כסופג האור, שיכול להשתמש בפחות אנרגיה (<50% מנפח המים) לאידוי מים. הוכח כי הגדלת יכולת ההידרציה של h-LAH יכולה לשנות את מצב המים ולהפעיל חלקית מים, ובכך להקל על אידוי המים. h-LAH הגדיל את ייצור האדים הסולאריים לקצב שיא של ~3.6 ק"ג/מ"ר לשעה בשמש אחת. אידוי מים סולארי על בסיס h-LAH הפגין גם עמידות ארוכת טווח ותכונות נוגדות זיהום נגד מזהמים יוניים מורכבים. המחקר פורסם במאמר שכותרתו "מטהר מונחה אור השמש בהשראת עלי צמחים לייצור מים נקיים ביעילות גבוהה" בכתב העת Science Advances המשנה.
- Angew: חומרי COF בעלי סופרהידרופיליות וספיגת אור באורך גל רחב לאידוי מים פוטותרמי
ההידרופוביות הטבועה וספיגת האור המוגבלת של פולימרים אורגניים נקבוביים, במיוחד באזור הקרוב לאינפרא אדום (NIR), הם שני צווארי בקבוק המעכבים את היישום שלהם בייצור קיטור סולארי (SSG). חוקרים בקבוצה של שיאולי יאן באוניברסיטת ג'ילין פיתחו מסגרת אורגנית קוולנטית (COF) המבוססת על 1,4,5,8 טטרקיס(פנילמינו)אנתראצן-9,10-דיון (TPAD) (TPAD-COF), המתאפיינת בסופרהידרופיליות וספיגת אור רחבה המכסה SSG מכל אזור ה-NIR UV/vis. TPAD-COF, כחומר המרה פוטו-תרמית יעיל ללא כל תוספים, מציג אידוי מים מעולה של 1.42 ק"ג/מ"ר/שעה ומשיג יעילות המרת אנרגיה גבוהה של 2% תחת הקרנת עוצמת שמש אחת. הרחבה נוספת של טווח קליטת האור COF המבוסס על TPAD הושגה על ידי שינוי פוסט-סינטטי של מולקולות BF94 עם chelated. ניסויי בקרה וניתוח שיטתיים מאשרים כי ההידרופיליות של חומר ההמרה הפוטותרמית ממלאת תפקיד דומיננטי יותר ב-COFs הנוכחיים מבוססי TPAD המשמשים לאידוי מים פוטותרמי. עבודת המחקר, שכותרתה "מסגרות אורגניות קוולנטיות של Superhydrophilic2D כבולמי פס רחב ליצירת קיטור סולארי יעיל", פורסמה בכתב העת הבינלאומי המוביל Angewise. העבודה פורסמה בכתב העת הבינלאומי המוביל Angew. Chem. Int. אד.
- JACS: הידרופילי-הידרופובי דו-אזורי COF/גרפן הידרוג'ל לאידוי מים פוטותרמי
אידוי מים סולארי הוא טכנולוגיה בת קיימא לטיפול במים שיכולה לעזור להקל על מחסור במים עולמי. עם זאת, טכנולוגיה זו עומדת בפני אתגרים גדולים בגלל צריכת האנרגיה הגבוהה וקצב האידוי הנמוך של אידוי המים. קבוצתו של פרופ' ארנה תומאס מהאוניברסיטה הטכנית של ברלין, גרמניה, מדווחת על מסגרת אורגנית קוולנטית (COF) / הידרוג'ל דו-אזורי גרפן המכילה גם אזורים הידרופיליים וגם אזורים הידרופוביים בחומר אחד באמצעות אסטרטגיית גידול פשוטה באתרו. COF ההידרופילי מכסה חלק מאזור הגרפן ההידרופובי. על ידי שליטה מדויקת של שני אזורי ההרטבה, ההידרוג'ל ההיברידי מראה קציר אור יעיל, יכולת הרטבה ניתנת לכוונון, תכולת מים אופטימלית ודרישת אנרגיה מופחתת לאידוי מים. כבולם שמש, ההידרוג'ל הדו-אזורי משיג קצב יצירת אדים של עד 3.69 ק"ג/מ"ר/שעה עבור קרינת שמש אחת (2kw/m1), הדומה לחומרים מתקדמים אחרים. בנוסף, מאייד הידרוג'ל זה יכול לשמש להפקת מים ראויים לשתייה ממי ים וביוב, המדגים את הפוטנציאל של טיפול במים. עבודת המחקר פורסמה בכתב העת JACS כ-"A Covalent Organic Framework/Graphene Dual-Region Hydrogel for Enhanced Solar Driven Water Generation", JACS, כתב עת בינלאומי מוביל.
- התקדמות המדע: מאייד מים פוטו-תרמי בהשראת מבנה להב שושן מים
בשנים האחרונות, ייצור אדי סולאריים ממשקיים הראה פוטנציאל רב בהשגת יעילות המרת אנרגיה גבוהה להתפלה וטיהור שפכים. עם זאת, לא ניתן לשמור על קצבי אידוי גבוהים עקב הצטברות בלתי נמנעת לכאורה של זיהומים או מלח על בולם השמש. הפירוק מואץ ככל שריכוז המומסים עולה. כדי לטפל בבעיה זו, קבוצתו של פרופ' Jia Zhu באוניברסיטת נאנג'ינג, בהשראת המבנה של עלי שושנת המים, תכננה מבנה רב-שלבי (Water-lily-inspired Hierarchical Structure (WHS) photothermal-vapour conversion device, אשר יכול להשיג יעילות המרה פוטו-תרמית של 80% כאשר מטפלים ב-10% משקל של 30% ממי מלח ו-XNUMX מים מרוכזים מאוד. יעילות ההמרה הפוטותרמית אינה יורדת משמעותית במהלך הטיפול בתמלחת ובמי שפכים מרוכזים מאוד עד שהאיידוי הושלם (כלומר, "אפס פריקה"), והמשטח נותר נקי ב- Science Advance תחת הכותרת "עיצוב היררכי בהשראת שושן מים לאידוי שמש יציב ויעיל של מי מלח".
- אנרגיית ננו: מוליבדן דיסולפיד לאידוי מים פוטותרמי
חוקרים בקבוצה של Lifeng Wan במכון לחומרי גבול של אוניברסיטת Deakin פיתחו סדרה של הטרו-מבנים דיסולפידים של מתכת מעבר וניטריד עשירים בחנקן לאידוי מים סולאריים באמצעות טרנספורמציה גבישית חלקית. במיוחד, מבנים דו-ממדיים מתקדמים אלה מציגים ספיגה ספקטרלית משופרת בטווח האינפרא אדום ויציבות כימית מצוינת בתמיסות שונות, כולל מים, חומצות ובסיסים. חשוב מכך, בשל עוצמת הספיגה הספקטרלית המשופרת ואיבוד חום מופחת, ה-MoS2-Mo2N5/קצף מלמין מכשיר תרמי סולארי (MF) מציג קצב אידוי גבוה (2.31 ק"ג m-2h-1) ויעילות המרה (106.6%), שהם גבוהים פי 1.4 ו-4.7 מאלו של התקני MoS2/MF ו-MF/מים סולאריים, בהתאמה. עבודה זו מספקת סדרה של 2D-2D TMDs מתקדמים, העשירים בחנקן בניטריד, עם ביצועים פוטותרמיים מצוינים לייצור מים סולאריים. עבודה זו פורסמה ב-Nano energy, כתב עת בינלאומי מוביל, כ"הטרו-מבנים דו-ממדיים מתקדמים של דיכאלקוגנידים מתכת מעבר וניטרידים עשירים בחנקן לייצור מים סולאריים".
טכנולוגיית אידוי מים פוטותרמית סולרית צפויה לפתור את המחסור העולמי במים נקיים, מה שצריך לפתור כעת הוא הכנה בעלות נמוכה של חומרים פוטותרמיים, תפעול ביעילות גבוהה, כמו גם היציבות והניידות של שימוש בסביבות יישומים מעשיות, מצפה לתוצאות נוספות בעתיד לטובת המוקדמות של האנושות כולה!
למידע נוסף על קצף מלמין, אנא פנה אלינו בכתובת [מוגן בדוא"ל] או השמע לנו: +86-28-8411-1861.
חלק מהתמונות והטקסטים מועתקים מהאינטרנט, וזכויות היוצרים שייכות למחבר המקורי. אם יש הפרה כלשהי, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק.