Ferskvatnsskortur er sífellt alvarlegri áskorun fyrir félagslega þróun. Greint er frá því að 29% jarðarbúa skortir öruggt drykkjarvatn og eftirspurn eftir hreinu vatni er enn að aukast vegna fólksfjölgunar og umhverfismála. Hreint vatn sem tengist hreinlætisaðstöðu er sérstaklega mikilvægt í tengslum við núverandi faraldur kransæðaveirusjúkdóms (lungnabólga í nýrnakórónuveiru). Uppgufun vatns með sólarorku er talin ein vænlegasta tæknin til að framleiða hreint vatn úr sjó og frárennsli með því að nota sólarljós sem eina orkuinntak. Tæknin byggir að miklu leyti á sólgleypum, sem virka sem uppgufunartæki til að breyta sólarorku í hita til að framleiða gufu. Til að ná háum uppgufunarhraða vatns og skilvirkni sólarvarmabreytingar ætti hið fullkomna efni að hafa breitt gleypnisvið til að nýta stóran hluta sólarrófsins á skilvirkan hátt, lága hitaleiðni til að bæla niður hitatap og þrívíddar (3D) porous rásir fyrir skilvirkan vatnsflutning. Hingað til hafa vísindamenn þróað ýmis ljóshitaefni sem byggjast á kolefni (td grafen eða kolefni nanórör), fjölliður, málma og málmoxíð og blendingar þeirra o.s.frv.
Vísindamenn hafa unnið hörðum höndum að því að kanna og ná mörgum byltingum á undanförnum árum, svo við skulum læra af nokkrum málefnalegum ritum um framfarir rannsókna í ljóshitaframleiðslu hreins vatns á undanförnum árum.
- Náttúrusamskipti: Plöntulauf hvetja sólarorku, afkastamikinn vatnshreinsara
Lauf náttúrulegra æðaplantna reiða sig á mismunandi osmósuþrýsting, útgufun og útskilnað til að framleiða tonn af hreinu vatni, knúið áfram af sólarljósi. Innblásnir af þessu hafa vísindamenn í hópi Chun Li við Qinghua háskólann greint frá sólarljósknúnum hreinsibúnaði fyrir skilvirka vatnshreinsun og framleiðslu. Þessi sólarljósknúni hreinsibúnaður er með neikvæðum hitabreytilegum pólý(N-ísóprópýlakrýlamíð) hýdrógeli (PN) sem er festur á ofurvatnssæknum melamínfroðuhrygg og húðaður með PNIPAm-breyttri grafen (PG) síuhimnu að utan. Sameindafræðilegar hermir og tilraunaniðurstöður sýndu að ofurvatnssækni tiltölulega stífra melamínhryggsins hraðaði verulega bólgu-/afbólguhraða PNPG-F hreinsibúnaðarins. Við sama sólarljósstyrk geislunar skilaði þessi skynsamlega hönnuðu uppbygging 4.2 kg/m2/klst söfnun og > 99% jónafjarlægingu fyrir eina PNPG-F úr saltvatnsfóður vegna samverkandi áhrifa uppgufunar og dropaaukningar. Höfundurinn sér fyrir sér mikla möguleika fyrir þetta mjög skilvirka sólarljósknúna kerfi í ýmsum vatnsmeðferðarforritum. Rannsóknin var birt sem grein undir yfirskriftinni „Plant leaves inspired sunlight-driven purifier for high-efficiency clean water production“ í undirritinu Nature, Nature communications.
- Vísindaframfarir: Mjög vökvahæf fjölliðanet af ljósgleypandi vatnsgelum fyrir sólarvatnshreinsun
Uppgufun sólarvatns til vatnshreinsunar er efnileg tækni fyrir ferskvatnsframleiðslu. Hins vegar er sólgufuframleiðsla orkufrek, sem leiðir til lítillar vatnsframleiðslu við náttúrulegt dagsljós. Því er mikil þörf á að þróa ný efni sem geta dregið úr orkuþörf fyrir uppgufun vatns og flýtt fyrir hreinsun sólarvatns. Hópur prófessors Guihua Yu í Austin, Texas, Bandaríkjunum, greindi frá mjög vökvaðri ljósgleypandi hýdrógeli (h-LAH) sem samanstendur af pólývínýlalkóhóli og kítósani sem vökvunarstoð og pólýpýrróli sem ljósgleypni, sem getur notað minni orku (< 50% af rúmmáli vatns) til að gufa upp vatn. Sýnt var fram á að aukin vökvageta h-LAH getur breytt ástandi vatns og virkjað vatn að hluta og þar með auðveldað uppgufun vatns. h-LAH jók framleiðslu sólargufu í methraða upp á ~3.6 kg/m2/klst í 1 sól. Uppgufun sólarvatns sem byggir á h-LAH sýndi einnig langtíma endingu og gróðureyðandi eiginleika gegn flóknum jónískum aðskotaefnum. Rannsóknin var birt í grein sem ber yfirskriftina „Plant leaves inspired sunlight-driven purifier for high-addict clean water production“ í Science undirtímaritinu Science Advances“.
- Angew: COF efni með ofurvatnssækni og breiða bylgjulengd ljósgleypni fyrir ljóshitavatnsuppgufun
Innbyggð vatnsfælni og takmarkað ljósupptaka gljúpra lífrænna fjölliða, sérstaklega á nær-innrauða (NIR) svæðinu, eru tveir flöskuhálsar sem hindra notkun þeirra í sólargufuframleiðslu (SSG). Vísindamenn í hópi Xiaoli Yan við Jilin háskólann hafa þróað samgildan lífrænan ramma (COF) sem byggir á 1,4,5,8 tetrakis(fenýlamínó)antracen-9,10-díón (TPAD) (TPAD-COF), sem einkennist af ofurvatnssækni og víðtækri ljósgleypni sem nær yfir SSG frá öllu NIR UV/sýnilegu svæðinu. TPAD-COF, sem skilvirkt ljóshitabreytingarefni án aukaefna, sýnir framúrskarandi vatnsuppgufun upp á 1.42 kg/m2/klst. og nær mikilli orkubreytingarnýtni upp á 94% við einni sólargeislun. Frekari útvíkkun á COF-ljósgleypnisviði sem byggir á TPAD var náð með breytingum á klóbundnum BF2 sameindum eftir nýmyndun. Kerfisbundnar eftirlitstilraunir og greining staðfesta að vatnssækni ljóshitabreytingarefnisins gegnir meira ríkjandi hlutverki í núverandi TPAD-undirstaða COF sem notuð eru við ljóshitavatnsuppgufun. Rannsóknarvinnan, sem ber yfirskriftina „Superhydrophilic2D Covalent Organic Frameworks as Broadband Absorbers for Efficient Solar Steam Generation,“ var birt í alþjóðlega tímaritinu Angewise, sem er efst í flokki. Verkið var birt í efsta alþjóðlega tímaritinu Angew. Chem. Alþj. Ed.
- JACS: Vatnssækið-vatnsfælin tvísvæða COF/grafen hýdrógel fyrir ljóshitavatnsuppgufun
Uppgufun sólarvatns er sjálfbær vatnsmeðferðartækni sem getur hjálpað til við að draga úr vatnsskorti á heimsvísu. Hins vegar stendur þessi tækni frammi fyrir miklum áskorunum vegna mikillar orkunotkunar og lágs uppgufunarhraða vatnsuppgufunar. Hópur prófessors Arne Thomas við Tækniháskólann í Berlín, Þýskalandi, greinir frá samgildri lífrænni ramma (COF)/grafen tvísvæða vatnsgeli sem inniheldur bæði vatnssækin og vatnsfælin svæði í einu efni með einföldu vaxtarstefnu á staðnum. Vatnssækið COF nær yfir hluta vatnsfælna grafensvæðisins. Með nákvæmri stjórn á bleytingarsvæðunum tveimur sýnir blendingur vatnsgelið skilvirka ljósuppskeru, stillanlega bleyta, hámarks vatnsinnihald og minni orkuþörf fyrir uppgufun vatns. Sem sóldeyfi nær tvísvæða vatnsgelið gufumyndunarhraða allt að 3.69 kg/m2/klst fyrir 1 sólargeislun (1kw/m2), sem er sambærilegt við önnur háþróuð efni. Að auki er hægt að nota þennan hydrogel uppgufunarbúnað til að framleiða drykkjarhæft vatn úr sjó og skólpi, sem sýnir möguleika á vatnsmeðferð. Rannsóknarvinnan var birt í tímaritinu JACS sem "A Covalent Organic Framework/Graphene Dual-Region Hydrogel for Enhanced Solar-Driven Water Generation", JACS, topp alþjóðlegt tímarit.
- Vísindaframfarir: Uppbyggingarinnblástur vatnsliljublaða afkastamikill ljóshitavatnsuppgufunartæki
Undanfarin ár hefur myndun sólargufu á yfirborði sýnt mikla möguleika til að ná mikilli orkubreytingarnýtni fyrir afsöltun og skólphreinsun. Hins vegar er ekki hægt að viðhalda háum uppgufunarhraða vegna óhjákvæmilegrar uppsöfnunar óhreininda eða salts á sólardeyfinu. Niðurbrotið er hraðað þegar styrkur uppleystra efna eykst. Til að takast á við þetta vandamál, hannaði hópur prófessors Jia Zhu við Nanjing háskólann, innblásinn af uppbyggingu vatnaliljalaufa, fjölþrepa uppbyggingu (Water-lily-inspired Hierarchical Structure (WHS) photothermal-vapor converting device, sem getur náð 80% photothermal converting skilvirkni þegar meðhöndlað er 10 wt% af mjög þéttu saltvatni og 30vatns sem er mikils virði. skilvirkni ljóshitabreytingar minnkar ekki verulega við meðhöndlun á mjög einbeittum saltvatni og afrennsli þar til uppgufun er lokið (þ.e. „núllosun“) og yfirborðið helst hreint í Science Advance undir titlinum „A Water-lily-inspired Hierarchical Design for Stable and Efficient Solar Vaporation of High Salinity Brine“.
- Nanóorka: Mólýbdendísúlfíð fyrir ljóshitavatnsuppgufun
Rannsakendur í hópi Lifeng Wan við Institute for Frontier Materials við Deakin-háskóla hafa þróað röð af tvívíddar málmdísúlfíðs og köfnunarefnisríkra nítríð heteróbygginga fyrir uppgufun sólarvatns með hluta kristalbreytinga. Einkum sýna þessar háþróuðu tvívíddar heteróbyggingar aukna litrófsgleypni á innrauða sviðinu og framúrskarandi efnafræðilegan stöðugleika í mismunandi lausnum, þar á meðal vatni, sýrum og bösum. Mikilvægara er að vegna aukinnar litrófsgleypnistyrks og minni varmataps sýnir MoS2-Mo5N6/ melamine froðu (MF) sólarvarmabúnaðurinn hátt uppgufunarhraða (2.31 kg m-2klst-1) og umbreytingarnýtni (106.6%), sem eru 1.4 og 4.7 sinnum hærri en hjá MoS2/MF og MF/vatni sólarbúnaði, talið í sömu röð. Þessi vinna veitir röð af háþróuðum tvívíddar-tvívíddar TMD-köfnunarefnisríkum nítríð heteróbyggingum með framúrskarandi ljósvarmaafköstum fyrir sólarvatnsframleiðslu. Þessi vinna var birt í Nano energy, virtu alþjóðlegu tímariti, sem „Advanced 2D-2D heterostructures of transition metal dichalcogenides and nitrogen-rich nitrides for solar water generation“.
Gert er ráð fyrir að sólarljóshitavatnsuppgufunartækni leysi alþjóðlegan skort á hreinu vatni, það sem þarf að leysa núna er ódýr undirbúningur ljóshitaefna, afkastamikil notkun, svo og stöðugleiki og flytjanleiki notkunar í hagnýtum notkunarumhverfi, hlakka til meiri árangurs í framtíðinni til hagsbóta fyrir allt mannkynið!
Fyrir frekari upplýsingar um melaminfroðu, vinsamlegast hafið samband við okkur á [email protected] eða sendið okkur símanúmer: +86-28-8411-1861.
Sumar myndir og textar eru afritaðir af netinu og höfundarrétturinn tilheyrir upprunalega höfundinum. Ef það er einhver brot, vinsamlegast hafðu samband við okkur til að eyða.