Soldrevet hydrogel renser forurenet vand

Forskere har udviklet en sollysdrevet hydrogel med en loofah-lignende struktur, der hurtigt kan rense store mængder vand, der er forurenet med olier, metaller og mikroplast. Materialet, der fungerer, selv når det er overskyet, kunne levere nok drikkevand til at opfylde en persons daglige behov.

Hydrogeler viser meget lovende for applikationer som vandrensning, men nuværende teknikker kan ikke generere tilstrækkelige mængder vand på grund af de lukkede porestrukturer af de hidtil undersøgte materialer. I modsætning hertil har naturlige loofahs, som mange mennesker bruger til at eksfoliere huden, store, åbne og indbyrdes forbundne porer. Vand kan således filtrere med en betydelig accelereret hastighed gennem disse strukturer.

I det nye arbejde har et team af forskere ledet af Rodney Priestley , Xiaohui Xu fra Princeton University fremstillet en loofah-lignende solar absorber gel (LSAG) med en indbyrdes forbundet åben-pore struktur. Gelen kan producere vand af drikkekvalitet fra forskellige forurenede kilder med en hastighed på omkring 26 kg/m²/h, hvilket er højt nok, siger de, til at dække en persons daglige vandbehov.

Forskerne lavede deres LSAG af poly(N-isopropylacrylamid) (PNIPAm), polydopamin (PDA) og poly(sulfobetainmethacrylat) (PSBMA) ved hjælp af et ethylenglycol-vand opløsningsmiddel.

"Vi udviklede den loofah-inspirerede PNIPam-hydrogel ved fri radikal-polymerisering ved at bruge det blandede opløsningsmiddel som polymerisationsmediet," forklarer Xu. "Vi funktionaliserede derefter PNIPAm med PDA og PSBMA via en in situ polymerisationstilgang, hvilket gav et multifunktionelt og meget holdbart solabsorberende materiale til at rense vand."

Fra hydrofil til hydrofob

Forskerne testede deres loofah-lignende solgel ved at nedsænke den i en opløsning af forurenet vand ved mindre end dens lavere kritiske opløsningstemperatur (LCST), den temperatur under hvilken gelen er hydrofil. De observerede, at gelen svulmede ved at absorbere store mængder af vandet, mens den samtidig fangede forurening.

De udsatte derefter gelen for simuleret sollys på mellem 0.5 og 1 kW/m² (0.5-1 sol), hvilket hæver dens temperatur over dens LCST. Dette får gelen til at skifte fra en hydrofil tilstand til en hydrofob, hvorved det rensede vand hurtigt kan frigives, siger Xu. Faktisk frigav gelen omkring 70% af den opbevarede væske på kun 10-20 minutter.

Solcelledrevet vandrenser er inspireret af pufferfish

Ifølge forskerne, der rapporterer deres arbejde i ACS Central Science, kunne den nye solabsorberende gel åbne et "nyt paradigme for solvandsproduktion med potentiale til at imødekomme den daglige menneskelige efterspørgsel".

Holdet arbejder nu på at udvikle en antibakteriel hydrogel, der effektivt kan dræbe vandbårne bakterier. "Vi vil også teste vores gel's evne til at rense vand, der er forurenet med PFAS [per- og polyfluoralkylstoffer]," fortæller Xu Fysik verden.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/solar-driven-hydrogel-purifies-contaminated-water/