L'idrogel a energia solare purifica l'acqua contaminata

I ricercatori hanno sviluppato un idrogel alimentato dalla luce solare con una struttura simile a una luffa in grado di purificare rapidamente grandi quantità di acqua contaminata da oli, metalli e microplastiche. Il materiale, che funziona anche quando è torbido, potrebbe fornire abbastanza acqua potabile per soddisfare le esigenze quotidiane di una persona.

Gli idrogel sono molto promettenti per applicazioni come la purificazione dell'acqua, ma le tecniche attuali non possono generare quantità sufficienti di acqua a causa delle strutture a poro chiuso dei materiali studiati finora. Al contrario, la luffa naturale, che molte persone usano per esfoliare la pelle, ha pori grandi, aperti e interconnessi. L'acqua può quindi filtrare a una velocità notevolmente accelerata attraverso queste strutture.

Nel nuovo lavoro, un team di ricercatori guidati da Rodney Priestley ed Xiaohui Xu dell'Università di Princeton ha fabbricato un gel assorbente solare simile alla luffa (LSAG) con una struttura a pori aperti interconnessa. Il gel può produrre acqua potabile da varie fonti contaminate a una velocità di circa 26 kg/m²/h, che è abbastanza alto, dicono, per soddisfare il fabbisogno idrico giornaliero di una persona.

I ricercatori hanno realizzato il loro LSAG da poli (N-isopropilacrilammide) (PNIPAm), polidopamina (PDA) e poli (sulfobetaina metacrilato) (PSBMA) utilizzando un solvente acqua-glicole etilenico.

«Abbiamo sviluppato l'idrogel PNIPAm ispirato alla luffa mediante polimerizzazione radicalica utilizzando il solvente misto come mezzo di polimerizzazione», spiega Xu. "Abbiamo quindi funzionalizzato il PNIPAm con PDA e PSBMA tramite un approccio di polimerizzazione in situ, ottenendo un materiale assorbente solare multifunzionale e altamente durevole per purificare l'acqua".

Da idrofilo a idrofobo

I ricercatori hanno testato il loro gel solare simile alla luffa immergendolo in una soluzione di acqua contaminata a una temperatura inferiore alla sua temperatura critica inferiore della soluzione (LCST), la temperatura al di sotto della quale il gel è idrofilo. Hanno osservato che il gel si gonfiava assorbendo grandi quantità di acqua mentre contemporaneamente catturava i contaminanti.

Hanno quindi esposto il gel a una luce solare simulata compresa tra 0.5 e 1 kW/m² (0.5–1 sole), aumentando la sua temperatura al di sopra del suo LCST. Ciò fa sì che il gel passi da uno stato idrofilo a uno stato idrofobo, consentendo così il rapido rilascio dell'acqua purificata, afferma Xu. In effetti, il gel ha rilasciato circa il 70% del liquido immagazzinato in soli 10-20 minuti.

Il depuratore d'acqua a energia solare si ispira al pesce palla

Secondo i ricercatori, che riportano il loro lavoro in ACS Central Science, il nuovo gel assorbitore solare potrebbe aprire un "nuovo paradigma per la produzione di acqua solare con il potenziale per soddisfare la domanda umana quotidiana".

Il team sta ora lavorando allo sviluppo di un idrogel antibatterico in grado di uccidere efficacemente i batteri nati dall'acqua. "Testeremo anche la capacità del nostro gel di purificare l'acqua contaminata da PFAS [sostanze per- e polifluoroalchiliche]", dice Xu Mondo della fisica.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/solar-driven-hydrogel-purifies-contaminated-water/