Soldriven hydrogel renar förorenat vatten

Forskare har utvecklat en solljusdriven hydrogel med en luffaliknande struktur som snabbt kan rena stora mängder vatten som är förorenat med oljor, metaller och mikroplaster. Materialet, som fungerar även när det är grumligt, skulle kunna tillhandahålla tillräckligt med vatten av drickskvalitet för att möta en persons dagliga behov.

Hydrogeler visar mycket lovande för applikationer som vattenrening, men nuvarande tekniker kan inte generera tillräckliga mängder vatten på grund av de stängda porstrukturerna hos materialen som studerats hittills. Däremot har naturliga luffar, som många människor använder för att exfoliera huden, stora, öppna och sammankopplade porer. Vatten kan sålunda filtreras i en avsevärt accelererad hastighet genom dessa strukturer.

I det nya arbetet har ett team av forskare under ledning av Rodney Priestley och Xiaohui Xu från Princeton University tillverkade en luffaliknande solabsorberande gel (LSAG) med en sammankopplad struktur med öppna porer. Gelen kan producera vatten av drickskvalitet från olika förorenade källor med en hastighet av cirka 26 kg/m²/h, vilket är tillräckligt högt, säger de, för att tillgodose en persons dagliga vattenbehov.

Forskarna gjorde sin LSAG av poly(N-isopropylakrylamid) (PNIPAm), polydopamin (PDA) och poly(sulfobetainmetakrylat) (PSBMA) med ett etylenglykol-vattenlösningsmedel.

"Vi utvecklade den luffa-inspirerade PNIPam-hydrogelen genom friradikalpolymerisation med det blandade lösningsmedlet som polymerisationsmedium", förklarar Xu. "Vi funktionaliserade sedan PNIPAm med PDA och PSBMA via en in situ polymerisationsmetod, vilket gav ett multifunktionellt och mycket hållbart solabsorberande material för att rena vatten."

Från hydrofil till hydrofob

Forskarna testade sin luffaliknande solgel genom att sänka den i en lösning av förorenat vatten vid lägre än dess lägre kritiska lösningstemperatur (LCST), temperaturen under vilken gelén är hydrofil. De observerade att gelén svällde genom att absorbera stora mängder vatten och samtidigt fånga upp föroreningar.

De exponerade sedan gelén för simulerat solljus på mellan 0.5 och 1 kW/m² (0.5–1 sol), vilket höjer dess temperatur över dess LCST. Detta får gelén att byta från ett hydrofilt tillstånd till ett hydrofobt, vilket gör att det renade vattnet snabbt kan frigöras, säger Xu. Faktum är att gelén släppte ut ungefär 70 % av den lagrade vätskan på bara 10–20 minuter.

Soldriven vattenrenare är inspirerad av pufferfish

Enligt forskarna, som rapporterar sitt arbete i ACS Central Science, den nya solabsorberande gelen kan öppna ett "nytt paradigm för solvattenproduktion med potential att möta den dagliga mänskliga efterfrågan".

Teamet arbetar nu med att utveckla en antibakteriell hydrogel som effektivt kan döda vattenburna bakterier. "Vi kommer också att testa vår gels förmåga att rena vatten som är förorenat med PFAS [per- och polyfluoralkylsubstanser]," berättar Xu Fysikvärlden.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/solar-driven-hydrogel-purifies-contaminated-water/