Hydrogel chạy bằng năng lượng mặt trời làm sạch nước bị ô nhiễm

Hydrogel chạy bằng năng lượng mặt trời làm sạch nước bị ô nhiễm

Dấu thời gian: Ngày 1 tháng 2023 năm 3 45:XNUMX sáng

Tạo nước uống chất lượng
Cấp nước: Hydrogel mới có thể lọc đủ nước để đáp ứng nhu cầu hàng ngày của một người. (Được phép: iStock/Doucefleur)

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại hydrogel chạy bằng ánh sáng mặt trời với cấu trúc giống xơ mướp có thể nhanh chóng làm sạch một lượng lớn nước bị nhiễm dầu, kim loại và vi nhựa. Vật liệu này, hoạt động ngay cả khi trời nhiều mây, có thể cung cấp đủ nước chất lượng để uống đáp ứng nhu cầu hàng ngày của một người.

Hydrogel cho thấy nhiều hứa hẹn đối với các ứng dụng như lọc nước, nhưng các kỹ thuật hiện tại không thể tạo ra đủ lượng nước do cấu trúc lỗ kín của các vật liệu được nghiên cứu cho đến nay. Ngược lại, xơ mướp tự nhiên được nhiều người sử dụng để tẩy tế bào chết cho da lại có lỗ chân lông to, hở và thông với nhau. Do đó, nước có thể lọc với tốc độ tăng tốc đáng kể thông qua các cấu trúc này.

Trong công trình mới, một nhóm các nhà nghiên cứu đứng đầu là Rodney Priestley và Tiểu Huệ Từ từ Đại học Princeton đã chế tạo một loại gel hấp thụ năng lượng mặt trời giống xơ mướp (LSAG) với cấu trúc lỗ hở liên kết với nhau. Loại gel này có thể tạo ra nước có chất lượng uống được từ nhiều nguồn bị ô nhiễm khác nhau với tỷ lệ khoảng 26 kg/m2/ h, họ nói, đủ cao để đáp ứng nhu cầu nước hàng ngày của một người.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra LSAG của họ từ poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAm), polydopamine (PDA) và poly(sulfobetaine methacrylate) (PSBMA) bằng cách sử dụng dung môi ethylene glycol-nước.

Xu giải thích: “Chúng tôi đã phát triển hydrogel PNIPAm lấy cảm hứng từ xơ mướp bằng cách trùng hợp gốc tự do sử dụng dung môi hỗn hợp làm môi trường trùng hợp. “Sau đó, chúng tôi đã chức năng hóa PNIPAm với PDA và PSBMA thông qua phương pháp trùng hợp tại chỗ, tạo ra vật liệu hấp thụ năng lượng mặt trời đa chức năng và có độ bền cao để làm sạch nước.”

Một hydrogel xốp lấy cảm hứng từ bọt biển xơ mướp hấp thụ nước bị ô nhiễm ở nhiệt độ phòng và sau đó nhanh chóng giải phóng nước tinh khiết khi đun nóng
Hydrogel điều khiển bằng ánh nắng mặt trời: Một loại hydrogel xốp lấy cảm hứng từ bọt biển xơ mướp hấp thụ nước bị ô nhiễm ở nhiệt độ phòng và sau đó nhanh chóng giải phóng nước tinh khiết khi đun nóng. (Lịch sự: Khoa học trung ương ACS 2023, DOI: 10.1021/acscentsci.2c01245)

Từ ưa nước đến kỵ nước

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm gel năng lượng mặt trời giống xơ mướp của họ bằng cách nhúng nó vào dung dịch nước bị ô nhiễm ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ dung dịch tới hạn thấp hơn (LCST), nhiệt độ dưới mức mà gel ưa nước. Họ quan sát thấy rằng gel trương lên bằng cách hấp thụ một lượng lớn nước đồng thời thu giữ các chất gây ô nhiễm.

Sau đó, họ cho gel tiếp xúc với ánh sáng mặt trời mô phỏng từ 0.5 đến 1 kW/m2 (0.5–1 mặt trời), tăng nhiệt độ của nó lên trên LCST của nó. Điều này làm cho gel chuyển từ trạng thái ưa nước sang kỵ nước, do đó cho phép nước tinh khiết được giải phóng nhanh chóng, Xu cho biết. Thật vậy, gel đã giải phóng khoảng 70% chất lỏng được lưu trữ chỉ trong 10–20 phút.

Theo các nhà nghiên cứu, những người báo cáo công việc của họ trong Khoa học trung ương ACS, gel hấp thụ năng lượng mặt trời mới có thể mở ra một “mô hình mới để sản xuất nước từ năng lượng mặt trời với tiềm năng đáp ứng nhu cầu hàng ngày của con người”.

Nhóm hiện đang nghiên cứu phát triển một loại hydrogel kháng khuẩn có thể tiêu diệt vi khuẩn sinh ra trong nước một cách hiệu quả. “Chúng tôi cũng sẽ kiểm tra khả năng làm sạch nước bị nhiễm PFAS [các chất per- và polyfluoroalkyl] của loại gel này,” Xu nói. Thế giới vật lý.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý