Hidrogel bertenaga surya memurnikan air yang terkontaminasi

Hidrogel bertenaga surya memurnikan air yang terkontaminasi

Stempel Waktu: 1 Maret 2023 3

Menciptakan air minum berkualitas
Pasokan air: Hidrogel baru dapat memurnikan air yang cukup untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari seseorang. (Sumber: iStock/Doucefleur)

Para peneliti telah mengembangkan hidrogel bertenaga sinar matahari dengan struktur seperti loofah yang dapat dengan cepat memurnikan air dalam jumlah besar yang terkontaminasi minyak, logam, dan mikroplastik. Material yang berfungsi meski mendung ini mampu menyuplai cukup air berkualitas untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari seseorang.

Hidrogel menunjukkan banyak harapan untuk aplikasi seperti pemurnian air, tetapi teknik saat ini tidak dapat menghasilkan air dalam jumlah yang cukup karena struktur pori tertutup dari bahan yang dipelajari sejauh ini. Sebaliknya, loofah alami yang banyak digunakan orang untuk mengeksfoliasi kulit memiliki pori-pori yang besar, terbuka, dan saling berhubungan. Dengan demikian, air dapat menyaring dengan kecepatan yang dipercepat secara signifikan melalui struktur ini.

Dalam karya baru tersebut, tim peneliti dipimpin oleh Rodney Priestley dan Xiao Hui Xu dari Universitas Princeton membuat gel penyerap matahari (LSAG) seperti loofah dengan struktur pori terbuka yang saling berhubungan. Gel tersebut dapat menghasilkan air berkualitas minum dari berbagai sumber yang terkontaminasi dengan laju sekitar 26 kg/mXNUMX2/h, yang menurut mereka cukup tinggi untuk memenuhi kebutuhan air sehari-hari seseorang.

Para peneliti membuat LSAG mereka dari poli(N-isopropilakrilamida) (PNIPAm), polidopamin (PDA) dan poli(sulfobetaine metakrilat) (PSBMA) menggunakan pelarut air etilena glikol.

“Kami mengembangkan hidrogel PNIPAm yang terinspirasi dari loofah melalui polimerisasi radikal bebas menggunakan pelarut campuran sebagai media polimerisasi,” jelas Xu. “Kami kemudian memfungsikan PNIPAm dengan PDA dan PSBMA melalui pendekatan polimerisasi in situ, menghasilkan bahan penyerap surya multifungsi dan sangat tahan lama untuk memurnikan air.”

Hidrogel berpori yang terinspirasi oleh spons loofah menyerap air yang tercemar pada suhu kamar dan kemudian dengan cepat melepaskan air murni saat dipanaskan
Hidrogel yang digerakkan matahari: Hidrogel berpori yang terinspirasi oleh spons loofah menyerap air yang tercemar pada suhu kamar dan kemudian dengan cepat melepaskan air murni saat dipanaskan. (Kesopanan: ACS Central Science 2023, DOI: 10.1021/acscentsci.2c01245)

Dari hidrofilik menjadi hidrofobik

Para peneliti menguji gel surya mirip loofah mereka dengan merendamnya dalam larutan air yang terkontaminasi pada suhu kurang dari suhu larutan kritis yang lebih rendah (LCST), suhu di bawah gel bersifat hidrofilik. Mereka mengamati bahwa gel membengkak dengan menyerap air dalam jumlah besar sekaligus menangkap kontaminan.

Mereka kemudian memaparkan gel ke sinar matahari simulasi antara 0.5 dan 1 kW/m2 (0.5–1 matahari), menaikkan suhunya di atas LCST-nya. Hal ini menyebabkan gel beralih dari keadaan hidrofilik ke keadaan hidrofobik, sehingga memungkinkan air yang dimurnikan dilepaskan dengan cepat, kata Xu. Memang, gel melepaskan sekitar 70% dari cairan yang disimpan hanya dalam 10-20 menit.

Menurut para peneliti, yang melaporkan pekerjaan mereka di ACS Central Science, gel penyerap surya yang baru dapat membuka “paradigma baru untuk produksi air surya dengan potensi untuk memenuhi kebutuhan manusia sehari-hari”.

Tim tersebut sekarang bekerja untuk mengembangkan hidrogel antibakteri yang dapat membunuh bakteri yang terbawa air secara efisien. “Kami juga akan menguji kemampuan gel kami untuk memurnikan air yang terkontaminasi PFAS [zat per dan polifluoroalkil],” kata Xu Dunia Fisika.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika