Китайский Харбинский технологический институт (Шэньчжэнь) разработал биоугольный гидрогель со скоростью солнечного испарения 3,57

Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа Харбинского технологического института (Шэньчжэнь) (Harbin Institute of Technology (Shenzhen)) опубликовала последние результаты в журнале «Биоуголь» (Biochar), разработав гибридный солнечный испаритель, использующий биоуголь из стеблей сорго, внедрённый в полиамфотерный гидрогель, для достижения эффективного преобразования солнечного пара при одновременной оптимизации транспортировки воды и снижении тепловых потерь.

Нехватка пресной воды является одной из основных проблем устойчивого развития. Традиционные технологии опреснения обычно требуют высокого энергопотребления и дорогостоящей инфраструктуры. Технология солнечного интерфейсного испарения привлекла внимание благодаря прямому использованию чистой солнечной энергии для обработки воды, но материалы должны одновременно обладать множеством функций, таких как поглощение света, управление теплом и транспортировка воды. Исследователи приготовили биоуголь из стеблей сорго путём пиролиза, кислотной промывки, шарового измельчения и просеивания, а затем внедрили его в гидрогелевую сетку, сформировав мягкий пористый гибридный гидрогель. Этот материал имеет коэффициент поглощения света более 95% в широком спектральном диапазоне солнечного света, а коэффициент поглощения биоугля в видимом диапазоне превышает 98%.

В условиях одного солнечного освещения температура поверхности гибридного гидрогеля достигла 41,1°C, в то время как температура воды под ним поднялась лишь до 29,3°C, что указывает на концентрацию тепла на испарительной поверхности и снижение тепловых потерь в окружающую воду. Скорость испарения материала достигла 3,57 кг·м⁻²·ч⁻¹, что примерно в 1,87 раза выше, чем у гидрогеля без биоугля. Исследование также показало, что такие группы, как гидроксильные, амино-, карбоксильные и карбонильные группы на поверхности биоугля, взаимодействуют с молекулами воды и гидрогелевой сеткой, изменяя структуру водородных связей молекул воды, увеличивая долю «промежуточной воды», требующей меньше энергии для испарения, что снижает эквивалентную энтальпию испарения до 877,79 Дж·г⁻¹. В солёной среде насыщенное влагосодержание гибридного гидрогеля достигает 520%, что способствует поддержанию подачи воды, необходимой для непрерывного испарения.

Доктор Вэньцзун Лю (Wenzong Liu), автор-корреспондент, отметил, что биоуголь не только является поглотителем солнечной энергии, но и регулирует пористую структуру гидрогеля и состояние молекул воды. Этот двойной путь является ключом к значительному повышению испарительной производительности. Исследование демонстрирует потенциал использования недорогих биомассовых материалов для разработки солнечных испарителей следующего поколения. Благодаря сочетанию фототермического усиления, контроля тепловых потерь, транспортировки воды и активации молекул воды, в будущем эта технология может найти применение в опреснении морской воды и очистке воды, особенно в солёной или ресурсно-ограниченной среде.

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