Solcelledrevet hydrogel renser forurenset vann

Forskere har utviklet en sollysdrevet hydrogel med en loofah-lignende struktur som raskt kan rense store mengder vann som er forurenset med oljer, metaller og mikroplast. Materialet, som fungerer selv når det er overskyet, kan levere nok vann av drikkekvalitet til å dekke en persons daglige behov.

Hydrogeler viser mye lovende for applikasjoner som vannrensing, men dagens teknikker kan ikke generere tilstrekkelige mengder vann på grunn av de lukkede porestrukturene til materialene som er studert så langt. Derimot har naturlige loofahs, som mange bruker for å eksfoliere huden, store, åpne og sammenkoblede porer. Vann kan dermed filtrere med en betydelig akselerert hastighet gjennom disse strukturene.

I det nye arbeidet har et team av forskere ledet av Rodney Priestley og Xiaohui Xu fra Princeton University laget en loofah-lignende solar absorber gel (LSAG) med en sammenkoblet åpen-pore struktur. Gelen kan produsere vann av drikkekvalitet fra forskjellige forurensede kilder med en hastighet på rundt 26 kg/m²/h, som er høy nok, sier de, til å dekke det daglige vannbehovet til en person.

Forskerne laget sin LSAG fra poly(N-isopropylakrylamid) (PNIPAm), polydopamin (PDA) og poly(sulfobetainmetakrylat) (PSBMA) ved å bruke et etylenglykol-vann-løsningsmiddel.

"Vi utviklet den loofah-inspirerte PNIPam-hydrogelen ved friradikalpolymerisering ved å bruke det blandede løsningsmiddelet som polymerisasjonsmedium," forklarer Xu. "Vi funksjonaliserte deretter PNIPAm med PDA og PSBMA via en in situ polymeriseringstilnærming, og ga et multifunksjonelt og svært holdbart solabsorberende materiale for å rense vann."

Fra hydrofil til hydrofob

Forskerne testet deres loofah-lignende solgel ved å senke den i en løsning av forurenset vann ved lavere enn dens lavere kritiske løsningstemperatur (LCST), temperaturen under hvilken gelen er hydrofil. De observerte at gelen svulmet opp ved å absorbere store mengder av vannet samtidig som den fanget opp forurensninger.

De eksponerte deretter gelen for simulert sollys på mellom 0.5 og 1 kW/m² (0.5–1 sol), og hever temperaturen over LCST. Dette fører til at gelen skifter fra en hydrofil tilstand til en hydrofob, og dermed lar det rensede vannet raskt frigjøres, sier Xu. Faktisk frigjorde gelen omtrent 70 % av den lagrede væsken på bare 10–20 minutter.

Solcelledrevet vannrenser er inspirert av pufferfish

Ifølge forskerne, som rapporterer arbeidet sitt i ACS Central Science, kan den nye solabsorberende gelen åpne et "nytt paradigme for solenergiproduksjon med potensial til å møte den daglige menneskelige etterspørselen".

Teamet jobber nå med å utvikle en antibakteriell hydrogel som effektivt kan drepe vannbårne bakterier. "Vi vil også teste gelens evne til å rense vann som er forurenset med PFAS [per- og polyfluoralkylstoffer]," forteller Xu Fysikkens verden.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/solar-driven-hydrogel-purifies-contaminated-water/