هيدروجيل يعمل بالطاقة الشمسية ينقي المياه الملوثة

هيدروجيل يعمل بالطاقة الشمسية ينقي المياه الملوثة

الطابع الزمني: 1 مارس 2023 3:45 صباحًا

خلق مياه صالحة للشرب
إمدادات المياه: يمكن أن ينقي الهيدروجيل الجديد ما يكفي من الماء لتلبية احتياجات الشخص اليومية. (بإذن من: iStock / Doucefleur)

طور الباحثون هيدروجيل يعمل بضوء الشمس بهيكل يشبه اللوف يمكنه تنقية كميات كبيرة من المياه الملوثة بالزيوت والمعادن والجسيمات البلاستيكية بسرعة. يمكن للمادة ، التي تعمل حتى عندما تكون عكرة ، أن توفر ما يكفي من المياه الصالحة للشرب لتلبية الاحتياجات اليومية للفرد.

تظهر الهلاميات المائية وعدًا كبيرًا لتطبيقات مثل تنقية المياه ، لكن التقنيات الحالية لا يمكنها توليد كميات كافية من الماء بسبب الهياكل المسامية المغلقة للمواد التي تمت دراستها حتى الآن. على النقيض من ذلك ، فإن اللوف الطبيعية ، التي يستخدمها كثير من الناس لتقشير الجلد ، لها مسام كبيرة ومفتوحة ومترابطة. وبالتالي يمكن للمياه أن تصفي بمعدل متسارع بشكل كبير من خلال هذه الهياكل.

في العمل الجديد فريق من الباحثين بقيادة رودني بريستلي و زياوهوي شو من جامعة برينستون صنعت جل امتصاص شمسي يشبه اللوف (LSAG) بهيكل مترابط مفتوح المسام. يمكن أن ينتج الهلام مياه صالحة للشرب من مصادر ملوثة مختلفة بمعدل حوالي 26 كجم / م2/ h ، وهي نسبة عالية بما يكفي ، كما يقولون ، لتلبية الاحتياجات المائية اليومية للإنسان.

صنع الباحثون LSAG من بولي (N-isopropylacrylamide) (PNIPAm) ، و polydopamine (PDA) و poly (sulfobetaine methacrylate) (PSBMA) باستخدام مذيب ماء الإيثيلين جلايكول.

يوضح Xu: "لقد طورنا هيدروجيل PNIPAm المستوحى من اللوف بواسطة بلمرة الجذور الحرة باستخدام المذيب المختلط كوسيط البلمرة". "قمنا بعد ذلك بتشغيل PNIPAm باستخدام PDA و PSBMA عبر نهج البلمرة في الموقع ، مما أسفر عن مادة امتصاص شمسي متعددة الوظائف وعالية التحمل لتنقية المياه."

هيدروجيل مسامي مستوحى من إسفنج اللوف يمتص الماء الملوث في درجة حرارة الغرفة ثم يطلق الماء النقي بسرعة عند تسخينه
هيدروجيل مدفوع بالشمس: هيدروجيل مسامي مستوحى من إسفنج اللوف يمتص الماء الملوث في درجة حرارة الغرفة ثم يطلق الماء النقي بسرعة عند تسخينه. (كياسة: ACS العلوم المركزية 2023 ، DOI: 10.1021 / acscentsci.2c01245)

من محبة للماء إلى كارهة للماء

اختبر الباحثون هلامهم الشمسي الذي يشبه اللوف عن طريق غمره في محلول من الماء الملوث عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة المحلول الحرجة (LCST) ، وهي درجة الحرارة التي تحتها مادة الهلام للماء. لاحظوا أن الجل ينتفخ عن طريق امتصاص كميات كبيرة من الماء مع التقاط الملوثات في نفس الوقت.

ثم قاموا بتعريض الجل لأشعة الشمس المحاكية بما يتراوح بين 0.5 و 1 كيلو واط / م2 (0.5-1 شمس) ، مما يرفع درجة حرارته فوق LCST. هذا يتسبب في تحول الجل من حالة محبة للماء إلى حالة كارهة للماء ، مما يسمح بإطلاق الماء النقي بسرعة ، كما يقول Xu. في الواقع ، أطلق الجل حوالي 70٪ من السائل المخزن في غضون 10-20 دقيقة فقط.

وفقًا للباحثين الذين أبلغوا عن عملهم في ACS العلوم المركزية، يمكن أن يفتح الجل الجديد لامتصاص الطاقة الشمسية "نموذجًا جديدًا لإنتاج المياه بالطاقة الشمسية مع إمكانية تلبية الطلب البشري اليومي".

يعمل الفريق الآن على تطوير هيدروجيل مضاد للبكتيريا يمكنه أن يقتل بكفاءة البكتيريا التي تنتقل عن طريق الماء. يقول شو: "سنختبر أيضًا قدرة الجل على تنقية المياه الملوثة بـ PFAS [لكل و polyfluoroalkyl المواد]" عالم الفيزياء.

الطابع الزمني:

اكثر من عالم الفيزياء