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超轻质泡沫利用阳光从蒸发中收集水

文章来源:北科新材 浏览次数:41时间:2020-08-10 QQ学术交流群:1092348845

(Nanowerk Spotlight)这个星球上只有30%的淡水没有被锁在冰帽或冰川中(虽然时间不长)。其中,约有20%位于偏远地区,人类无法进入,其余约80%位于四分之三的时间和地点不正确-在季风和洪水中-并不总是被人们使用。其余部分不到地球上总水量的1%的0.08。
对这些稀缺水资源的需求增长速度甚至快于能源需求。目前,估计有近20亿人面临缺水。根据未来的人口增长率,到2030年,可能有27亿至32亿人生活在缺水或缺水的条件下。
在世界各地,热那亚意大利技术学院的“ 智能材料”研究小组等研究团队正在通过开发利用自然资源提供的可持续性和直接技术来满足全球不断增长的水需求。
该小组负责水研究的科学家Despina Fragouli说:“我们的目标是减少化学药品以及复杂而耗能的系统的使用。”
Siew-Leng说:“此外,我们注意到自然灾害的强度和频率正在增加,因此我们渴望开发高度便携的水技术,以便迅速部署它们以确保灾难受害者的生存。” Loo,博士后与Fragouli合作开发可替代的水技术,以解决全球水安全问题。

卢(Loo)是ACS应用材料与界面(“由海水和亲水光热泡沫促成的大气水分产生太阳能驱动的淡水”)论文的第一作者,该研究所的IIT小组报告了一种亲水性且自浮的光热泡沫,显示出高无需额外成分即可实现高速率蒸发,从而为通过太阳蒸发收集水提供了一种优雅而简单的方法。

(a)照片显示了HEPF(亲水增强的光热泡沫)站在蒲公英上,表明其轻巧的特性。SEM图像显示了HEPF的(b)表面和(ce)横截面的分层孔结构。(经美国化学学会许可转载)(点击图片放大)

“对太阳的蒸发是解决缺水问题的一种策略,因为太阳具有大量的潜在能量,如果收集得当,它可以为该过程提供可持续的能源。” Loo告诉Nanowerk。“这不仅有大量的海水和大量的蒸气滞留在大气中,还使得利用我们的泡沫进行的太阳能诱导的蒸发过程成为满足各种情况下全球用水需求的一种有吸引力的替代技术。”
光热泡沫-包含在聚氨酯和聚丙烯酸钠的聚合物网络中的膨胀石墨的三维框架-通过利用自然阳光中的能量,实现了一种优雅而简单的集水方法。
研究小组指出,通过简便,经济高效且可扩展性高的方法制备的泡沫不仅可用于从海水中收集水,而且还可用于从大气中的水分中收集水,这是淡水生产中尚未开发的替代资源。 。他们认为,这是第一项将太阳能蒸发,集水和大气水收集的所有理想特性紧密结合在一起的研究。
从各种来源生产淡水的能力与源水的可用性和质量存在高度不确定性的情况高度相关,这是灾后的典型情况。
泡沫的轻质性,多功能性和简单的操作性表明,它可以成为有效的集水解决方案,用于离网应用,例如紧急饮用水响应/救灾以及为偏远社区提供淡水供应有限的供水。
因此,可以将其纳入水政策制定者和非政府组织感兴趣的水解决方案组合中,以在诸如淡水供应有限的偏远村庄的备灾和供水等计划中实施。除了人道主义用途外,该泡沫还可以开发成适合背包或远足用途的商业产品。
卢说:“我们泡沫的多功能性以及高的太阳能蒸发效率表明,它是提供充足水源的有前途的解决方案,这对受影响人群的短期维持和生存至关重要。” “尽管有许多针对此类应用而开发的水处理技术,但是找到一种如此简单,可以在生产高产水的同时进行脱盐并仅靠自然阳光驱动的水处理技术却并非典型。”
展望未来,研究人员计划进一步简化光热泡沫的制造方法,以确保将这种方法轻松用于大规模制造。他们还正在探索大量其他低成本材料。特别是,他们正在考虑使用来自天然食品和农业废料的多孔材料。
另一个努力将是进一步增强泡沫的润湿性和光热特性,这对于进一步提高太阳蒸发速率和水分捕获能力至关重要。
“我们还计划开发多功能光热材料,将其技术扩展到处理工业和家庭废水,该废水不仅包含盐和重金属等无机物,而且还包含可能与蒸汽一起逸出并最终流失的挥发性有机物。馏出物,” Loo说。
然而,全球许多材料科学家致力于提高太阳热能转换效率和太阳蒸发效率。通过这些研究人员的努力,结果令人鼓舞。
“但是,通过太阳蒸发过程收集水的另一个重要方面是产生的蒸汽的冷凝,” Loo总结道。“对冷凝室的材料和结构对收集冷凝蒸汽效率的影响研究较少,这值得在该领域进行更多研究,以确保产水率不受冷凝率的限制,因为在太阳蒸发率方面正在取得重大进展。”

信息来源:nanowerk


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