Доступ к чистой воде затруднен по мере увеличения численности населения и воздействия загрязнения на источники пресной воды. Разрабатываемые в настоящее время устройства, которые очищают грязную воду с помощью солнечного света, могут производить только до нескольких галлонов воды в день. Но теперь исследователи из ACS Central Science сообщают, как губки из люфы вдохновили на создание пористого гидрогеля, питаемого солнечным светом, который потенциально может очищать достаточно воды, чтобы удовлетворить чьи-то ежедневные потребности, даже когда облачно.
Ранее исследователи предполагали, что испарение под действием солнечного света может быть низкоэнергетическим способом очистки воды, но этот подход не работает, когда облачно. Одним из решений могут быть чувствительные к температуре гидрогели, в частности, поли( N - изопропилакриламид) (PNIPAm), которые переключаются с поглощения воды при более низких температурах на ее отталкивание при нагревании. Однако обычные гели PNIPAm не могут генерировать чистую воду достаточно быстро, чтобы удовлетворить ежедневные потребности людей.из-за закрытых пор. И наоборот, натуральная мочалка, которую многие люди используют для отшелушивания в душе, имеет большие, открытые и взаимосвязанные поры. Итак, Родни Пристли, Сяохуэй Сюй и их коллеги хотели воспроизвести структуру люфы в гидрогеле на основе PNIPAm, получив материал, который мог бы быстро поглощать воду при комнатной температуре и быстро выделять очищенную воду при нагревании солнечными лучами при ярком или пасмурном свете . условия .
Исследователи использовали смесь воды и этиленгликоля в качестве уникальной полимеризационной среды для создания гидрогеля PNIPAm с открытой структурой пор, похожей на
Пористый гидрогель, вдохновленный губками из люфы, поглощает загрязненную воду при комнатной температуре, а затем быстро выделяет очищенную воду при нагревании. Источник: адаптировано из ACS Central Science 2023, DOI: 10.1021/acscentsci.2c01245 натуральную мочалку. Затем они покрыли внутренние поры непрозрачного гидрогеля полидофамином (PDA) и поли(сульфобетаинметакрилатом) (PSMBA) и протестировали этот материал с использованием искусственного света, эквивалентного мощности солнца. Он поглощал воду комнатной температуры .и при нагревании искусственным светом высвобождало 70% хранящейся в нем воды за 10 минут — скорость в четыре раза выше, чем у поглощающего геля, о котором сообщалось ранее. Исследователи говорят, что при такой скорости материал может удовлетворить ежедневные потребности человека. А в условиях низкой освещенности, воспроизводящих частично облачное небо, материалу потребовалось от 15 до 20 минут, чтобы высвободить такое же количество накопленной воды.
Наконец, новый материал, похожий на мочалку, был протестирован на образцах, загрязненных органическими красителями, тяжелыми металлами, маслом и микропластиком. Во всех тестах гель сделал воду существенно чище. Например, в ходе двух циклов обработки образцы воды с содержанием хрома около 40 частей на миллион (частей на миллион) были поглощены, а затем выпущены с содержанием хрома менее 0,07 частей на миллион — допустимый предел для питьевой воды. Исследователи говорят, что созданная ими уникальная структура гидрогеля может быть полезна в других областях, таких как доставка лекарств, интеллектуальные датчики и химическое разделение.
Комментарии
Отправить комментарий