Η ηλιακή υδρογέλη καθαρίζει το μολυσμένο νερό

Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια υδρογέλη που κινείται με το φως του ήλιου με δομή που μοιάζει με λούφα που μπορεί να καθαρίσει γρήγορα μεγάλες ποσότητες νερού μολυσμένου με έλαια, μέταλλα και μικροπλαστικά. Το υλικό, το οποίο λειτουργεί ακόμα και όταν έχει συννεφιά, θα μπορούσε να παρέχει αρκετό πόσιμο νερό για να καλύψει τις καθημερινές ανάγκες ενός ατόμου.

Οι υδρογέλες υπόσχονται πολλά για εφαρμογές όπως ο καθαρισμός του νερού, αλλά οι τρέχουσες τεχνικές δεν μπορούν να παράγουν επαρκείς ποσότητες νερού λόγω των δομών κλειστών πόρων των υλικών που μελετήθηκαν μέχρι τώρα. Αντίθετα, οι φυσικές λούφα, που πολλοί άνθρωποι χρησιμοποιούν για την απολέπιση του δέρματος, έχουν μεγάλους, ανοιχτούς και αλληλένδετους πόρους. Το νερό μπορεί έτσι να φιλτράρει με σημαντικά επιταχυνόμενο ρυθμό μέσω αυτών των δομών.

Στη νέα εργασία, μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Rodney Priestley και Xiaohui Xu από το Πανεπιστήμιο του Πρίνστον κατασκεύασε ένα ηλιακό απορροφητικό τζελ που μοιάζει με λούφα (LSAG) με μια διασυνδεδεμένη δομή ανοιχτών πόρων. Το τζελ μπορεί να παράγει πόσιμο νερό από διάφορες μολυσμένες πηγές με ρυθμό περίπου 26 kg/m²/h, που είναι αρκετά υψηλό, λένε, για να καλύψει τις ημερήσιες ανάγκες ενός ανθρώπου σε νερό.

Οι ερευνητές έφτιαξαν το LSAG τους από πολυ(Ν-ισοπροπυλακρυλαμίδιο) (PNIPAm), πολυντοπαμίνη (PDA) και πολυ(μεθακρυλική σουλφοβεταϊνη) (PSBMA) χρησιμοποιώντας διαλύτη αιθυλενογλυκόλης-νερού.

«Αναπτύξαμε την υδρογέλη PNIPAm εμπνευσμένη από τη λούφα με πολυμερισμό ελεύθερων ριζών χρησιμοποιώντας τον μικτό διαλύτη ως μέσο πολυμερισμού», εξηγεί ο Xu. «Στη συνέχεια, λειτουργήσαμε το PNIPAm με PDA και PSBMA μέσω μιας προσέγγισης in situ πολυμερισμού, αποδίδοντας ένα πολυλειτουργικό και εξαιρετικά ανθεκτικό ηλιακό απορροφητικό υλικό για τον καθαρισμό του νερού».

Από υδρόφιλο σε υδρόφοβο

Οι ερευνητές δοκίμασαν το ηλιακό τζελ που μοιάζει με λούφα βυθίζοντάς το σε διάλυμα μολυσμένου νερού σε χαμηλότερη από την χαμηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία διαλύματος (LCST), τη θερμοκρασία κάτω από την οποία το πήκτωμα είναι υδρόφιλο. Παρατήρησαν ότι το πήκτωμα διογκώθηκε απορροφώντας μεγάλες ποσότητες νερού ενώ ταυτόχρονα αιχμαλώτιζε τις μολύνσεις.

Στη συνέχεια εξέθεσαν το πήκτωμα σε προσομοιωμένο ηλιακό φως μεταξύ 0.5 και 1 kW/m² (0.5–1 ήλιος), αυξάνοντας τη θερμοκρασία του πάνω από το LCST του. Αυτό κάνει το πήκτωμα να μεταβεί από μια υδρόφιλη κατάσταση σε μια υδρόφοβη, επιτρέποντας έτσι στο καθαρισμένο νερό να απελευθερωθεί γρήγορα, λέει ο Xu. Πράγματι, το τζελ απελευθέρωσε περίπου το 70% του αποθηκευμένου υγρού σε μόλις 10–20 λεπτά.

Ο καθαριστής νερού με ηλιακή ενέργεια είναι εμπνευσμένος από το pufferfish

Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι οποίοι αναφέρουν την εργασία τους στο Κεντρική Επιστήμη ACS, το νέο τζελ ηλιακής απορρόφησης θα μπορούσε να ανοίξει ένα «νέο παράδειγμα για την παραγωγή ηλιακού νερού με τη δυνατότητα να καλύψει την καθημερινή ανθρώπινη ζήτηση».

Η ομάδα εργάζεται τώρα για την ανάπτυξη μιας αντιβακτηριακής υδρογέλης που μπορεί να σκοτώσει αποτελεσματικά τα βακτήρια που γεννιούνται στο νερό. «Θα δοκιμάσουμε επίσης την ικανότητα του τζελ μας να καθαρίζει νερό που έχει μολυνθεί με PFAS [ανά και πολυφθοροαλκυλικές ουσίες]», λέει ο Xu. Κόσμος Φυσικής.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/solar-driven-hydrogel-purifies-contaminated-water/