هیدروژل خورشیدی آب آلوده را تصفیه می کند

هیدروژل خورشیدی آب آلوده را تصفیه می کند

تمبر زمان: 1 مارس 2023، 3:45 صبح

ایجاد آب آشامیدنی با کیفیت
تامین آب: هیدروژل جدید می تواند آب کافی برای رفع نیازهای روزانه فرد را تصفیه کند. (تقدیم: iStock/Doucefleur)

محققان یک هیدروژل با انرژی خورشید با ساختاری شبیه لوفا ساخته اند که می تواند به سرعت مقادیر زیادی آب آلوده به روغن ها، فلزات و میکروپلاستیک ها را تصفیه کند. این ماده که حتی در هوای ابری نیز عمل می کند، می تواند آب با کیفیت آشامیدنی کافی برای تامین نیاز روزانه یک فرد را تامین کند.

هیدروژل‌ها برای کاربردهایی مانند تصفیه آب بسیار امیدوارکننده هستند، اما تکنیک‌های فعلی نمی‌توانند مقادیر کافی آب تولید کنند زیرا ساختارهای منفذ بسته موادی که تاکنون مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. در مقابل، لوفاهای طبیعی که بسیاری از افراد از آن برای لایه برداری پوست استفاده می کنند، دارای منافذ بزرگ، باز و به هم پیوسته هستند. بنابراین آب می تواند با سرعت قابل توجهی از طریق این ساختارها فیلتر شود.

در کار جدید، تیمی از محققان به رهبری رادنی پریستلی و Xiaohui Xu از دانشگاه پرینستون یک ژل جاذب خورشیدی شبیه لوفا (LSAG) با ساختار منافذ باز به هم پیوسته ساخت. این ژل می تواند آب با کیفیت آشامیدنی را از منابع مختلف آلوده با سرعت حدود 26 کیلوگرم در متر تولید کند.2/h که می گویند به اندازه کافی زیاد است که نیاز روزانه انسان به آب را برطرف کند.

محققان LSAG خود را از پلی (N-isopropylacrylamide) (PNIPAm)، پلی دوپامین (PDA) و پلی (سولفوبتائین متاکریلات) (PSBMA) با استفاده از یک حلال اتیلن گلیکول-آب ساختند.

Xu توضیح می دهد: "ما هیدروژل PNIPAm الهام گرفته از لوفا را با پلیمریزاسیون رادیکال آزاد با استفاده از حلال مخلوط به عنوان محیط پلیمریزاسیون توسعه دادیم." ما سپس PNIPAm را با PDA و PSBMA از طریق یک رویکرد پلیمریزاسیون درجا کاربردی کردیم و یک ماده جاذب خورشیدی چند منظوره و بسیار بادوام برای تصفیه آب تولید کردیم.

یک هیدروژل متخلخل که از اسفنج های لوفا الهام گرفته شده است، آب آلوده را در دمای اتاق جذب می کند و پس از گرم شدن به سرعت آب تصفیه شده را آزاد می کند.
هیدروژل خورشیدی: یک هیدروژل متخلخل که از اسفنج های لوفا الهام گرفته شده است، آب آلوده را در دمای اتاق جذب می کند و پس از گرم شدن به سرعت آب تصفیه شده را آزاد می کند. (حسن نیت: ACS مرکز علوم 2023، DOI: 10.1021/acscentsci.2c01245)

از آب دوست تا آبگریز

محققان ژل خورشیدی لوفا مانند خود را با غوطه ور کردن آن در محلولی از آب آلوده در دمای کمتر از دمای محلول بحرانی پایین (LCST) آزمایش کردند، دمایی که ژل در زیر آن آبدوست است. آنها مشاهده کردند که ژل با جذب مقادیر زیادی از آب متورم می شود و به طور همزمان آلودگی ها را جذب می کند.

سپس ژل را در معرض نور خورشید شبیه سازی شده بین 0.5 تا 1 کیلووات بر متر قرار دادند2 (0.5-1 خورشید)، که دمای آن را بالاتر از LCST آن افزایش می دهد. ژو می گوید که این باعث می شود ژل از حالت آب دوست به حالت آبگریز تبدیل شود و در نتیجه به آب تصفیه شده اجازه می دهد تا به سرعت آزاد شود. در واقع، ژل تقریباً 70 درصد مایع ذخیره شده را تنها در 10 تا 20 دقیقه آزاد می کند.

به گفته محققانی که کار خود را در ACS مرکز علومژل جاذب خورشیدی جدید می تواند "الگوی جدیدی برای تولید آب خورشیدی با پتانسیل پاسخگویی به تقاضای روزانه انسان" ایجاد کند.

این تیم اکنون در حال کار بر روی توسعه یک هیدروژل ضد باکتری است که می تواند به طور موثر باکتری های متولد شده در آب را از بین ببرد. Xu می گوید: «ما همچنین توانایی ژل خود را برای تصفیه آب آلوده به PFAS [مواد پلی فلوئوروآلکیل] آزمایش خواهیم کرد. دنیای فیزیک.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک