Гидрогель на солнечной энергии очищает загрязненную воду

Исследователи разработали работающий от солнечного света гидрогель со структурой, похожей на мочалку, которая может быстро очищать большие объемы воды, загрязненной маслами, металлами и микропластиком. Материал, который функционирует даже в мутном состоянии, может обеспечить достаточное количество воды питьевого качества для удовлетворения ежедневных потребностей человека.

Гидрогели имеют большие перспективы для таких применений, как очистка воды, но современные методы не могут генерировать достаточное количество воды из-за структуры с закрытыми порами материалов, изученных до сих пор. Напротив, натуральная мочалка, которую многие люди используют для отшелушивания кожи, имеет большие, открытые и взаимосвязанные поры. Таким образом, вода может фильтроваться со значительно ускоренной скоростью через эти структуры.

В новой работе группа исследователей под руководством Родни Пристли и Сяохуэй Сюй из Принстонского университета изготовили гель-поглотитель солнечных лучей, похожий на мочалку (LSAG), со взаимосвязанной структурой с открытыми порами. Гель может производить воду питьевого качества из различных загрязненных источников со скоростью около 26 кг/мXNUMX.²/ч, что достаточно высоко, говорят они, для удовлетворения суточной потребности человека в воде.

Исследователи сделали свой LSAG из поли(N-изопропилакриламида) (PNIPAm), полидопамина (PDA) и поли(сульфобетаинметакрилата) (PSBMA) с использованием растворителя этиленгликоль-вода.

«Мы разработали гидрогель PNIPAm, вдохновленный люфой, путем свободнорадикальной полимеризации с использованием смешанного растворителя в качестве полимеризационной среды», — объясняет Сюй. «Затем мы функционализировали PNIPAm с помощью PDA и PSBMA с помощью подхода полимеризации на месте, получив многофункциональный и очень прочный материал, поглощающий солнечные лучи, для очистки воды».

От гидрофильного к гидрофобному

Исследователи протестировали свой солнечный гель, похожий на мочалку, погрузив его в раствор загрязненной воды при температуре ниже его нижней критической температуры раствора (LCST), температуре, ниже которой гель является гидрофильным. Они заметили, что гель набухает, поглощая большое количество воды, одновременно захватывая загрязняющие вещества.

Затем они подвергли гель искусственному солнечному свету мощностью от 0.5 до 1 кВт/м.² (0.5–1 солнце), повышая его температуру выше НКТР. Это заставляет гель переключаться из гидрофильного состояния в гидрофобное, что позволяет быстро высвобождать очищенную воду, говорит Сюй. Действительно, всего за 70–10 мин гель высвободил примерно 20% запасенной жидкости.

Очиститель воды на солнечных батареях вдохновлен рыбой-фугу

По словам исследователей, которые сообщают о своей работе в Центральная наука ACS, новый гель-поглотитель солнечной энергии может открыть «новую парадигму производства солнечной воды с потенциалом для удовлетворения повседневных потребностей человека».

В настоящее время команда работает над созданием антибактериального гидрогеля, который может эффективно убивать бактерии, переносимые водой. «Мы также будем тестировать способность нашего геля очищать воду, загрязненную PFAS [пер- и полифторалкильные вещества]», — говорит Сюй. Мир физики.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/solar-driven-hydrogel-purifies-contaminated-water/