Гидрогель помог солнечному свету опреснить воду

F. Zhao et al./ Nature Nanotechnology, 2018

Американские материаловеды разработали наноструктурированный гидрогель, который может очищать и опреснять воду путем ее испарения за счет солнечной энергии. Такой материал использует до 94 процентов от всей энергии падающего на него солнечного света и позволяет в день получать до 23 литров опресненной воды с одного квадратного метра поверхности, пишут ученые в статье в Nature Nanotechnology.

Одним из наиболее перспективных способов очистки и опреснения воды считается методика испарения воды за счет солнечной энергии (solar vapor generation). При использовании такого метода солнечный свет сначала поглощается погруженным в воду солнечным генератором пара, что приводит к испарению воды, которая потом собирается в очищенном или опресненном виде. Обычно в качестве основного материала генератора предлагают использовать наночастицы, способные поглощать солнечный свет, или наноструктурированные материалы с большой площадью поверхности. Тем не менее, существующие на данный момент прототипы солнечных генераторов пара либо недостаточно эффективно используют энергию солнечного света для испарения воды, либо используют слишком дорогие методы оптической фокусировки света, поэтому пока их практическое применение не оправдано.

Для решения этой проблемы американские материаловеды под руководством Юя Гуйхуа (Guihua Yu) из Техасского университета в Остине предложили использовать в качестве материала солнечного генератора пара наноструктурированный гидрогель с иерархической системой пор из поливинилового спирта и полипиррола. Полученный учеными материал не только содержит сложную систему пор, состоящую из широких миллиметровых полостей, микрометровых каналов и нанометровых пор между полимерными молекулами, но и способен поглощать практически весь солнечный свет в видимой и инфракрасной областях спектра.

По замыслу ученых, состоящий из такого гидрогеля генератор пара плавает по поверхности воды, поэтому поглощение света приводит к нагреванию наружной поверхности материала и испарению воды в нанопорах. За счет иерархической системы каналов в эти поры из резервуара непрерывно подводится все новая вода, при этом из-за неравномерного разогрева материала практически полностью удается подавить разогрев воды в резервуаре, так что вся солнечная энергия идет только на испарение.

Измерения эффективности разработанного прототипа солнечного генератора пара показали, что на испарение идет до 94 процентов энергии падающего на поверхность материала солнечного света, что приводит к получению до 3,2 килограммов пара с одного квадратного метра поверхности в час. Кроме того, такой материал способен и на долговременную работу: по словам ученых, за день с квадратного метра поверхности соленой воды можно получить от 18 до 23 литров опресненной воды.

Ученые утверждают, что предложенный ими метод можно использовать для очистки и опреснения практически любой воды (например, он был проверен на воде из Мертвого моря), при этом он значительно эффективнее и дешевле практически всех современных способов дистилляции.

Другим перспективным материалом для очистки воды от растворенных в ней солей считаются двумерные материалы. Опреснять воду солнечным светом предлагают, например, с помощью оксида графена. Также графеновые мембраны позволяют увеличить прочность таких устройств. Еще более перспективным материалом для создания опресняющих воду мембран называют и другой двумерный материал — дисульфид молибдена.

Александр Дубов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.