A escaseza de auga doce é un desafío cada vez máis serio para o desenvolvemento social. Infórmase de que o 29% da poboación mundial carece de auga potable e a demanda de auga limpa segue aumentando debido ao crecemento da poboación e aos problemas ambientais. A auga limpa asociada ao saneamento é particularmente importante no contexto do brote actual de enfermidade por coronavirus (neumonía por Neocoronavirus). A evaporación da auga con enerxía solar considérase unha das tecnoloxías máis prometedoras para producir auga limpa a partir da auga do mar e das augas residuais utilizando a luz solar como única entrada de enerxía. A tecnoloxía depende en gran medida dos absorbedores solares, que actúan como evaporadores para converter a enerxía solar en calor para producir vapor. Para conseguir altas taxas de evaporación da auga e eficiencias de conversión de calor solar, o material ideal debe ter un amplo rango de absorbancia para utilizar de forma eficiente unha gran parte do espectro solar, baixa condutividade térmica para suprimir a perda de calor e canles porosos tridimensionais (3D) para un transporte eficiente da auga. Ata o momento, os científicos desenvolveron diversos materiais fototérmicos a base de carbono (por exemplo, grafeno ou nanotubos de carbono), polímeros, metais e óxidos metálicos e os seus híbridos, etc.
Os científicos estiveron traballando duro para explorar e facer moitos avances nos últimos anos, así que imos aprender de varias publicacións temáticas sobre o progreso da investigación na xeración de auga limpa fototérmica nos últimos anos.
- Nature Communications: as follas das plantas inspiran un purificador de auga de alta eficiencia alimentado por enerxía solar
As follas das plantas vasculares naturais dependen das diferenzas na presión osmótica, transpiración e excreción para producir toneladas de auga limpa, alimentada pola luz solar. Inspirados por isto, os investigadores do grupo de Chun Li na Universidade de Qinghua informaron sobre un purificador impulsado pola luz solar para a purificación e produción eficientes da auga. Este purificador impulsado pola luz solar presenta un hidrogel de poli(N-isopropilacrilamida) (PN) sensible á temperatura negativa ancorado nunha estrutura de escuma de melamina superhidrófila e revestido cunha membrana de filtro de grafeno (PG) modificado con PNIPAm no exterior. As simulacións de dinámica molecular e os resultados experimentais mostraron que a natureza superhidrófila da estrutura de melamina relativamente ríxida acelerou significativamente a taxa de inchazo/desinchazo do purificador PNPG-F. Baixo a mesma irradiación de intensidade de luz solar, esta estrutura deseñada racionalmente proporcionou unha recollida de 4.2 kg/m2/h e unha eliminación de ións > 99 % para un único PNPG-F dunha alimentación de salmoira a través dos efectos sinérxicos da evaporación e a adición de goteo. O autor prevé grandes aplicacións potenciais para este sistema impulsado pola luz solar altamente eficiente en diversas aplicacións de tratamento de auga. O estudo publicouse como un artigo titulado “Plant leaves inspired sunlight-driven purifier for high efficiency clean water production” na subrevista Nature communications da revista Nature.
- Avances científicos: redes de polímeros altamente hidratables de hidroxeles que absorben a luz para a purificación solar de auga
A evaporación solar de auga para a purificación de auga é unha tecnoloxía prometedora para a produción de auga doce. Non obstante, a xeración de vapor solar é intensiva en enerxía, o que resulta nunha baixa produción de auga baixo a luz natural. Polo tanto, hai unha gran necesidade de desenvolver novos materiais que poidan reducir a demanda de enerxía para a evaporación da auga e acelerar a purificación solar da auga. O grupo do profesor Guihua Yu en Austin, Texas, Estados Unidos, informou dun hidroxel que absorbe a luz (h-LAH) altamente hidratado composto por alcohol polivinílico e quitosano como eixo principal da hidratación e polipirrol como absorbente de luz, que pode usar menos enerxía (< 50 % do volume de auga) para evaporar a auga. Demostrouse que o aumento da capacidade de hidratación do h-LAH pode cambiar o estado da auga e activar parcialmente a auga, facilitando así a evaporación da auga. h-LAH aumentou a produción de vapor solar ata unha taxa récord de ~3.6 kg/m2/h nun sol. A evaporación da auga solar baseada en h-LAH tamén mostrou unha durabilidade a longo prazo e propiedades antiincrustantes contra contaminantes iónicos complexos. A investigación publicouse nun artigo titulado "Plant leaves inspired sunlight-driven purifier for high-efficiency clean water production" na subrevista Science Science Advances.
- Angew: materiais COF con superhidrofilia e absorción de luz de lonxitude de onda ampla para a evaporación de auga fototérmica
A hidrofobicidade inherente e a limitada absorción de luz dos polímeros orgánicos porosos, especialmente na rexión do infravermello próximo (NIR), son dous pescozos de botella que dificultan a súa aplicación na xeración de vapor solar (SSG). Investigadores do grupo de Xiaoli Yan da Universidade de Jilin desenvolveron un marco orgánico covalente (COF) baseado en 1,4,5,8 tetraquis(fenilamino)antraceno-9,10-diona (TPAD) (TPAD-COF), que se caracteriza pola superhidrofilia e unha ampla absorción de luz que cobre SSG de toda a rexión UV/visible NIR. TPAD-COF, como material de conversión fototérmica eficiente sen ningún aditivo, presenta unha excelente evaporación da auga de 1.42 kg/m2/h e logra unha alta eficiencia de conversión de enerxía do 94% baixo unha irradiación de intensidade solar. Conseguiuse unha extensión máis do intervalo de absorción de luz COF baseado en TPAD mediante a modificación postsintética de moléculas de BF2 quelatadas. Os experimentos e análises de control sistemático confirman que a hidrofilia do material de conversión fototérmica xoga un papel máis dominante nos COF actuais baseados en TPAD utilizados para a evaporación da auga fototérmica. O traballo de investigación, titulado "Superhydrophilic2D Covalent Organic Frameworks as Broadband Absorbers for Efficient Solar Steam Generation", publicouse na revista internacional de primeiro nivel Angewise. O traballo foi publicado na principal revista internacional Angew. Chem. Int. Ed.
- JACS: hidroxel de dobre rexión hidrofílico-hidrófobo COF/grafeno para evaporación de auga fototérmica
A evaporación solar da auga é unha tecnoloxía de tratamento de auga sostible que pode axudar a paliar a escaseza global de auga. Non obstante, esta tecnoloxía enfróntase a grandes retos debido ao alto consumo de enerxía e á baixa taxa de evaporación da evaporación da auga. O grupo do profesor Arne Thomas da Universidade Técnica de Berlín, Alemaña, informa dun hidroxel de dobre rexión de marco orgánico covalente (COF)/grafeno que contén rexións hidrófilas e hidrófobas nun só material mediante unha estratexia de crecemento in situ sinxela. O COF hidrófilo cobre parte da rexión hidrófoba do grafeno. Mediante o control preciso das dúas rexións de humectación, o hidroxel híbrido mostra unha colleita de luz eficaz, humectabilidade sintonizable, contido de auga optimizado e redución da necesidade de enerxía para a evaporación da auga. Como absorbente solar, o hidroxel de dobre rexión consegue unha taxa de xeración de vapor de ata 3.69 kg/m2/h para 1 irradiación solar (1kw/m2), que é comparable a outros materiais avanzados. Ademais, este evaporador de hidroxel pódese utilizar para producir auga potable a partir de auga do mar e sumidoiros, demostrando o potencial do tratamento da auga. O traballo de investigación publicouse na revista JACS como "A Covalent Organic Framework/Graphene Dual-Region Hydrogel for Enhanced Solar-Driven Water Generation", JACS, unha das principais revistas internacionais.
- Avances científicos: evaporador de auga fototérmico de alta eficiencia inspirado na estrutura de láminas de nenúfar
Nos últimos anos, a xeración de vapor solar interfacial demostrou un gran potencial para lograr unha alta eficiencia de conversión de enerxía para a desalinización e o tratamento de augas residuais. Non obstante, non se poden manter altas taxas de evaporación debido á acumulación aparentemente inevitable de ensuciamento ou sal no absorbente solar. A degradación é acelerada a medida que aumenta a concentración de soluto. Para abordar este problema, o grupo do profesor Jia Zhu da Universidade de Nanjing, inspirado na estrutura das follas de nenúfar, deseñou unha estrutura de varias etapas (dispositivo de conversión de vapor fototérmico de estrutura xerárquica inspirada en nenúfares (WHS), que pode acadar o 80% de eficiencia de conversión fototérmica ao tratar o 10% en peso de auga salgada altamente concentrada e o 30% en peso de auga salgada altamente concentrada. a eficiencia de conversión fototérmica non diminúe significativamente durante o tratamento de salmoira e augas residuais altamente concentradas ata que se completa a evaporación (é dicir, "cero descarga"), e a superficie permanece limpa.
- Nanoenergía: bisulfuro de molibdeno para a evaporación de auga fototérmica
Investigadores do grupo de Lifeng Wan no Instituto de Materiais Fronteiriza da Universidade Deakin desenvolveron unha serie de heteroestruturas de nitruros ricos en nitróxeno e disulfuro de metais de transición para a evaporación solar de auga mediante transformación cristalina parcial. En particular, estas heteroestruturas 2D avanzadas presentan unha absorción espectral mellorada no rango infravermello e unha excelente estabilidade química en diferentes solucións, incluíndo auga, ácidos e bases. Máis importante aínda, debido á intensidade de absorción espectral mellorada e á perda de calor reducida, o dispositivo solar térmico de MoS2-Mo5N6/ espuma de melamina (MF) presenta unha alta taxa de evaporación (2.31 kg m-2h-1) e unha eficiencia de conversión (106.6%), que son 1.4 e 4.7 veces maiores que as dos dispositivos solares de MoS2/MF e MF/auga, respectivamente. Este traballo proporciona unha serie de heteroestruturas avanzadas de nitruros ricos en nitróxeno TMD 2D-2D con excelente rendemento fototérmico para a xeración solar de auga. Este traballo foi publicado en Nano energy, unha revista internacional de primeiro nivel, como “Heteroestruturas 2D-2D avanzadas de dicalcoxénidos de metais de transición e nitruros ricos en nitróxeno para a xeración de auga solar”.
Espérase que a tecnoloxía de evaporación de auga fototérmica solar resolva a escaseza global de auga limpa, o que hai que resolver agora é a preparación de baixo custo de materiais fototérmicos, o funcionamento de alta eficiencia, así como a estabilidade e portabilidade do uso en ambientes de aplicación práctica, á espera de obter máis resultados no futuro para o beneficio inicial de toda a humanidade.
Para obter máis información sobre a escuma de melamina, póñase en contacto connosco en [email protected] ou por teléfono: +86-28-8411-1861.
Algunhas imaxes e textos reprodúcense de Internet, e os dereitos de autor pertencen ao autor orixinal. Se hai algunha infracción, póñase en contacto connosco para eliminala.