Гідрогель, що працює на сонячних батареях, очищає забруднену воду

Дослідники розробили гідрогель, що живиться сонячним світлом, зі структурою, схожою на мочалку, яка може швидко очищати велику кількість води, забрудненої маслами, металами та мікропластиком. Матеріал, який функціонує навіть коли хмарно, може забезпечити достатню кількість питної води для задоволення щоденних потреб людини.

Гідрогелі є багатообіцяючими для таких застосувань, як очищення води, але сучасні методи не можуть генерувати достатню кількість води через структуру із закритими порами вивчених матеріалів. Навпаки, натуральні люфи, які багато людей використовують для відлущування шкіри, мають великі відкриті та з’єднані пори. Таким чином, вода може фільтруватися через ці структури зі значно прискореною швидкістю.

У новій роботі команда дослідників під керівництвом Родні Прістлі та Сяохуей Сю з Прінстонського університету виготовив сонячний поглинаючий гель (LSAG), схожий на мочалку, із взаємопов’язаною структурою з відкритими порами. Гель може виробляти воду питної якості з різних забруднених джерел із швидкістю близько 26 кг/м²/год, що достатньо, кажуть, для забезпечення добової потреби людини у воді.

Дослідники виготовили свій LSAG з полі(N-ізопропілакриламіду) (PNIPAm), полідофаміну (PDA) і полі(сульфобетаїнметакрилату) (PSBMA) за допомогою розчинника етиленгліколь-вода.

«Ми розробили гідрогель PNIPAm на основі люфи методом вільнорадикальної полімеризації з використанням змішаного розчинника як середовища полімеризації», — пояснює Сюй. «Потім ми функціоналізували PNIPAm з PDA і PSBMA за допомогою підходу полімеризації in situ, утворивши багатофункціональний і дуже міцний матеріал, що поглинає сонце, для очищення води».

Від гідрофільного до гідрофобного

Дослідники перевірили свій сонячний гель, схожий на мочалку, зануривши його в розчин забрудненої води при температурі нижче нижньої критичної температури розчину (LCST), нижче якої гель є гідрофільним. Вони помітили, що гель набухає, поглинаючи велику кількість води, одночасно захоплюючи забруднення.

Потім вони піддали гель впливу імітованого сонячного світла від 0.5 до 1 кВт/м² (0.5–1 сонця), підвищуючи його температуру вище LCST. Це змушує гель переходити з гідрофільного стану в гідрофобний, що дозволяє очищеній воді швидко вивільнятися, говорить Сюй. Дійсно, гель вивільнив приблизно 70% накопиченої рідини лише за 10–20 хв.

Очищувач води на сонячних батареях натхненний рибою-фугу

За словами дослідників, які звітують про свою роботу в Центральна наука АСУ, новий сонячний поглинаючий гель може відкрити «нову парадигму виробництва сонячної води з потенціалом для задоволення щоденних потреб людини».

Команда зараз працює над розробкою антибактеріального гідрогелю, який може ефективно вбивати бактерії, що передаються у воді. «Ми також будемо перевіряти здатність нашого гелю очищати воду, забруднену PFAS [пер- та поліфторалкільними речовинами]», — розповідає Сюй. Світ фізики.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/solar-driven-hydrogel-purifies-contaminated-water/