Репортаж от Wedoany，Совместная команда Института инженерных процессов Китайской академии наук и Шэньчжэньского университета предложила полимерный механизм «замка», который сплетает наночастицы в трехмерный фототермический испарительный материал, значительно повышая скорость испарения морской воды за счет солнечной энергии. С помощью уличного экспериментального устройства была проведена предварительная проверка возможности перехода от опреснения морской воды к сельскохозяйственному орошению. Соответствующие результаты исследования опубликованы в международном академическом журнале Advanced Materials.
Дефицит водных ресурсов стал глобальной проблемой: около четверти населения мира сталкивается с нехваткой пресной воды. Солнечное интерфейсное испарение рассматривается как экологичный способ получения воды, однако ключевым узким местом является то, что при изготовлении макроскопических устройств из высокоэффективных нанофототермических порошков частицы склонны к агломерации, трехмерная структура обладает низкой прочностью, а свет постепенно разрушает органический каркас, что приводит к старению и выходу материала из строя. Как обеспечить стабильную агрегацию наночастиц и сохранить их долговременную эффективность — ключевая проблема, требующая решения.
Совместная команда вдохновилась механизмом «замка». Сначала они приготовили многослойные полые наносферы, которые использовали в качестве соединительных точек. Основываясь на принципе совместимости полимера с растворителем, они заставили полиэфирные молекулярные цепи, подобно швейной нити, точно проходить через поры сфер, прочно сшивая частицы вместе и формируя прочную трехмерную сеть, напоминающую «нано-лес». Такая структура предотвращает агломерацию частиц и создает эффективные каналы для транспортировки воды.
Экспериментальные данные показывают, что благодаря многократному рассеянию и поглощению данная структура достигает поглощения солнечного света на уровне 90,2%; наноограниченное пространство изменяет сеть водородных связей между молекулами воды, снижая энергию, необходимую для испарения того же объема воды, на 45,7%. Одиночный испаритель в ходе испытаний достиг скорости испарения 38,14 кг на квадратный метр в час, что в 8,5 раза превышает показатель разработанной ранее командой двумерной пленки. В ходе 30-дневного ускоренного теста на старение в морской воде не наблюдалось отслаивания наночастиц, а материал не генерировал активные свободные радикалы под воздействием света, что решило проблему деградации органической основы.
Чтобы продвинуть новый материал от лаборатории к практическому применению, команда на экспериментальной базе Института инженерных процессов Китайской академии наук в Ланфане использовала 20-литровый гидротермальный реактор и многозонную туннельную печь для достижения массового производства на уровне сотен граммов. Оптимизировав расположение с помощью компьютерного моделирования потоков, команда разработала модульную фотоэлектрическо-фототермическую гибридную систему и построила уличное экспериментальное устройство площадью 0,75 квадратных метра.
При естественном освещении устройство производит 20,16 литра пресной воды в день, что достаточно для удовлетворения базовых потребностей в питьевой воде примерно 10 человек. Качество воды соответствует стандартам Всемирной организации здравоохранения на питьевую воду. Полученная пресная вода успешно использовалась для орошения 5 квадратных метров сельскохозяйственных угодий в течение целого года, при этом такие культуры, как шпинат, кукуруза и пекинская капуста, прошли полный цикл роста, что подтверждает возможность применения для сельскохозяйственного орошения. Анализ стоимости жизненного цикла показывает, что после двух лет эксплуатации устройства стоимость производимой воды будет ниже, чем у бутилированной воды в розничной продаже.
В настоящее время исследовательская группа продолжает оптимизировать эффективность конденсации и стоимость системы, чтобы способствовать масштабному внедрению этой технологии в прибрежных регионах, испытывающих нехватку воды, на островах и в отдаленных районах.
Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com
