Door zonne-energie aangedreven hydrogel zuivert vervuild water

Onderzoekers hebben een door zonlicht aangedreven hydrogel ontwikkeld met een luffa-achtige structuur die snel grote hoeveelheden water kan zuiveren dat verontreinigd is met oliën, metalen en microplastics. Het materiaal, dat zelfs functioneert als het bewolkt is, zou genoeg water van drinkkwaliteit kunnen leveren om aan de dagelijkse behoeften van een persoon te voldoen.

Hydrogels zijn veelbelovend voor toepassingen zoals waterzuivering, maar de huidige technieken kunnen niet voldoende hoeveelheden water genereren vanwege de gesloten poriënstructuren van de tot nu toe bestudeerde materialen. Natuurlijke luffa's daarentegen, die veel mensen gebruiken om de huid te exfoliëren, hebben grote, open en onderling verbonden poriën. Water kan dus aanzienlijk versneld door deze structuren filteren.

In het nieuwe werk, een team van onderzoekers onder leiding van Rodney Priestly en Xiaohui Xu van Princeton University vervaardigde een loofah-achtige zonne-absorber-gel (LSAG) met een onderling verbonden open-poriestructuur. De gel kan water van drinkwaterkwaliteit produceren uit verschillende verontreinigde bronnen met een snelheid van ongeveer 26 kg/m²/h, wat volgens hen hoog genoeg is om aan de dagelijkse waterbehoefte van een persoon te voldoen.

De onderzoekers maakten hun LSAG van poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAm), polydopamine (PDA) en poly(sulfobetaïnemethacrylaat) (PSBMA) met behulp van een ethyleenglycol-water-oplosmiddel.

"We hebben de op loofah geïnspireerde PNIPAm-hydrogel ontwikkeld door polymerisatie met vrije radicalen met behulp van het gemengde oplosmiddel als polymerisatiemedium", legt Xu uit. "Vervolgens hebben we de PNIPAm gefunctionaliseerd met PDA en PSBMA via een in situ polymerisatiebenadering, wat een multifunctioneel en zeer duurzaam zonneabsorberend materiaal opleverde om water te zuiveren."

Van hydrofiel tot hydrofoob

De onderzoekers testten hun luffa-achtige zonnegel door deze onder te dompelen in een oplossing van verontreinigd water bij minder dan de lagere kritische oplossingstemperatuur (LCST), de temperatuur waaronder de gel hydrofiel is. Ze zagen dat de gel opzwol door grote hoeveelheden water te absorberen en tegelijkertijd verontreinigingen op te vangen.

Vervolgens stelden ze de gel bloot aan gesimuleerd zonlicht van tussen de 0.5 en 1 kW/m² (0.5–1 zon), waardoor de temperatuur boven de LCST stijgt. Hierdoor gaat de gel over van een hydrofiele toestand naar een hydrofobe toestand, waardoor het gezuiverde water snel kan worden vrijgegeven, zegt Xu. Inderdaad, de gel gaf ongeveer 70% van de opgeslagen vloeistof vrij in slechts 10-20 minuten.

Waterzuiveraar op zonne-energie is geïnspireerd op kogelvissen

Volgens de onderzoekers, die hun werk rapporteren in ACS Central Science, zou de nieuwe zonne-absorberende gel een "nieuw paradigma kunnen openen voor de productie van zonnewater met het potentieel om aan de dagelijkse menselijke vraag te voldoen".

Het team werkt nu aan de ontwikkeling van een antibacteriële hydrogel die in water geboren bacteriën efficiënt kan doden. "We zullen ook het vermogen van onze gel testen om water te zuiveren dat is verontreinigd met PFAS [per- en polyfluoralkylstoffen]", vertelt Xu Natuurkunde wereld.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/solar-driven-hydrogel-purifies-contaminated-water/