A carenza d'acqua dolce hè una sfida sempre più seria per u sviluppu suciale. Hè infurmatu chì u 29% di a pupulazione glubale ùn manca di acqua potabile sicura, è a dumanda di acqua pulita hè sempre crescente per via di a crescita di a pupulazione è di prublemi ambientali. L'acqua pulita assuciata à a sanità hè particularmente impurtante in u cuntestu di u focu attuale di a malatia coronavirus (pneumonia Neocoronavirus). L'evaporazione di l'acqua solare hè cunsiderata una di e tecnulugii più promettenti per a produzzione d'acqua pulita da l'acqua di mare è l'acqua residuale utilizendu a luce di u sole cum'è l'unicu input di energia. A tecnulugia s'appoghja assai nantu à l'assorbitori solari, chì agiscenu cum'è evaporatori per cunvertisce l'energia solare in calore per pruduce vapore. Per ottene tassi elevati di evaporazione di l'acqua è efficienze di cunversione di calore solare, u materiale ideale deve avè una larga gamma di assorbanza per utilizà in modu efficiente una grande parte di u spettru solare, una bassa conductività termale per suppressione a perdita di calore, è canali porosi tridimensionali (3D) per un trasportu efficiente di l'acqua. Finu a ora, i scientisti anu sviluppatu diversi materiali fototermali basati nantu à u carbone (per esempiu, graphene o nanotubi di carbone), polimeri, metalli è ossidi di metalli è i so ibridi, etc.
I scientisti anu travagliatu duru per spiegà è fà parechje scuperte in l'ultimi anni, dunque imparemu da parechje publicazioni d'attualità nantu à u prugressu di ricerca in a generazione d'acqua pulita fototermale in l'ultimi anni.
- Comunicazioni di natura: e foglie di e piante ispiranu un purificatore d'acqua d'alta efficienza alimentatu da u sole
E foglie di e piante vascolari naturali si basanu nantu à e differenze di pressione osmotica, traspirazione è escrezione per pruduce tunnellate d'acqua pulita, alimentata da a luce solare. Ispirati da questu, i circadori di u gruppu di Chun Li à l'Università Qinghua anu riportatu un purificatore alimentatu da a luce solare per una purificazione è una pruduzzione efficiente di l'acqua. Stu purificatore alimentatu da a luce solare presenta un idrogel di poli(N-isopropilacrilamide) (PN) chì risponde à a temperatura negativa, ancoratu nantu à una spina dorsale di schiuma di melamina superidrofila è rivestitu cù una membrana filtrante di grafene (PG) mudificatu cù PNIPAm à l'esternu. Simulazioni di dinamica moleculare è risultati sperimentali anu dimustratu chì a natura superidrofila di a spina dorsale di melamina relativamente rigida hà acceleratu significativamente a velocità di gonfiore/degonfiore di u purificatore PNPG-F. Sottu a stessa irradiazione di intensità di luce solare, sta struttura razionalmente ingegnerizzata hà furnitu una raccolta di 4.2 kg/m2/h è una rimozione di ioni > 99% per un unicu PNPG-F da una alimentazione di salamoia attraversu l'effetti sinergici di l'evaporazione è di l'aggiunta di gocciolamento. L'autore prevede grandi applicazioni potenziali per questu sistema altamente efficiente alimentatu da a luce solare in varie applicazioni di trattamentu di l'acqua. U studiu hè statu publicatu cum'è un articulu intitulatu "Plant leaves inspired sunlight-driven purificator for high-efficiency clean water production" in a sotturivista Nature Nature communications.
- Avanzamenti di a Scienza: Reti di polimeri altamente idratabili di idrogeli chì assorbanu a luce per a purificazione di l'acqua solare
L'evaporazione di l'acqua solare per a purificazione di l'acqua hè una tecnulugia promettente per a produzzione d'acqua dolce. In ogni casu, a generazione di vapore di u sole hè intensiva in energia, risultatu in una pruduzzione d'acqua bassa sottu a luce naturale. Dunque, ci hè una grande bisognu di sviluppà novi materiali chì ponu riduce a dumanda di energia per l'evaporazione di l'acqua è accelerà a purificazione di l'acqua solare. U gruppu di u prufessore Guihua Yu in Austin, Texas, USA, hà riportatu un hydrogel altamente idratatu chì assorbe a luce (h-LAH) cumpostu di alcolu polivinilico è chitosanu cum'è a spina di idratazione è polipirrolu cum'è l'assorbitore di luce, chì pò aduprà menu energia (< 50% di u voluminu di l'acqua) per evaporà l'acqua. Hè statu dimustratu chì l'aumentu di a capacità di idratazione di h-LAH pò cambià u statu di l'acqua è attivà parzialmente l'acqua, facilitendu cusì l'evaporazione di l'acqua. h-LAH hà aumentatu a produzzione di vapore di u sole à un ritmu record di ~ 3.6 kg/m2/h in 1 sole. L'evaporazione di l'acqua solare basata in h-LAH hà ancu mostratu durabilità à longu andà è proprietà antifouling contr'à contaminanti ionici cumplessi. A ricerca hè stata publicata in un documentu intitulatu "Plant leaves inspired sunlight-driven purifier for high-efficiency clean water production" in u Science subjournal Science Advances ".
- Angew: materiali COF con superidrofilia e assorbimento di luce ad ampia lunghezza d'onda per l'evaporazione dell'acqua fototermica
L'idrofobicità inerente è l'assorbimentu di luce limitata di polimeri organici porosi, in particulare in a regione di l'infrarouge vicinu (NIR), sò dui colli di bottiglia chì impediscenu a so applicazione in a generazione di vapore solare (SSG). I ricercatori in u gruppu di Xiaoli Yan in l'Università di Jilin anu sviluppatu un quadru organicu covalente (COF) basatu in 1,4,5,8 tetrakis (phenylamino) antracene-9,10-dione (TPAD) (TPAD-COF), chì hè carattarizatu da superidrofilia è assorbimentu di luce larga chì copre SSG da tutta a regione UV / visibile NIR. TPAD-COF, cum'è un materiale di cunversione fototermale efficiente senza additivi, mostra una eccellente evaporazione di l'acqua di 1.42 kg / m2 / h è ottene una alta efficienza di cunversione energetica di 94% sottu una irradiazione di intensità solare. Un'altra estensione di a gamma di assorbimentu di luce COF basatu in TPAD hè stata ottenuta da a modificazione post-sintetica di molecule BF2 chelate. L'esperimenti di cuntrollu sistematicu è l'analisi cunfirmanu chì l'idrofilia di u materiale di cunversione fototermale ghjoca un rolu più dominante in i COF attuali basati in TPAD utilizati per l'evaporazione di l'acqua fototermale. U travagliu di ricerca, intitulatu "Superhydrophilic2D Covalent Organic Frameworks as Broadband Absorbers for Efficient Solar Steam Generation", hè statu publicatu in a rivista internaziunale di primu livellu Angewise. U travagliu hè statu publicatu in u top journal internaziunale Angew. Chem. Int. Ed.
- JACS: idrogel COF/grafene a doppia regione idrofilo-idrofobo per l'evaporazione dell'acqua fototermica
L'evaporazione di l'acqua solare hè una tecnulugia di trattamentu d'acqua sustenibile chì pò aiutà à allevà a scarsità d'acqua globale. Tuttavia, sta tecnulugia face grandi sfide per via di l'altu cunsumu d'energia è a bassa rata di evaporazione di l'evaporazione di l'acqua. U gruppu di u Prof. Arne Thomas à l'Università Tecnica di Berlinu, Germania, riporta un hydrogel à doppia regione covalente (COF) / graphene chì cuntene regioni idrofili è idrofobi in un materiale per mezu di una semplice strategia di crescita in situ. Il COF idrofilo copre parte della regione idrofobica del grafene. Per un cuntrollu precisu di e duie regioni di umidificazione, l'idrogelu hibridu mostra una cugliera di luce efficace, una bagnabilità sintonizzabile, un cuntenutu d'acqua ottimisatu è un esigenza energetica ridutta per l'evaporazione di l'acqua. Cum'è un assorbitore solare, l'idrogelu di a doppia regione ottene un ritmu di generazione di vapore finu à 3.69 kg / m2 / h per 1 irradiazione solare (1kw / m2), chì hè paragunabile à altri materiali avanzati. Inoltre, stu evaporatore d'idrogel pò esse usatu per pruduce l'acqua potable da l'acqua di mare è di l'acqua di l'acqua, chì dimustrà u putenziale di trattamentu di l'acqua. U travagliu di ricerca hè statu publicatu in a rivista JACS cum'è "A Covalent Organic Framework/Graphene Dual-Region Hydrogel for Enhanced Solar-Driven Water Generation", JACS, un top journal international.
- Avanzamenti di a scienza: evaporatore d'acqua fototermale d'alta efficienza ispiratu à a struttura di lama di ninfea
In l'ultimi anni, a generazione di vapore solare interfacciale hà dimustratu un grande potenziale per ottene un'alta efficienza di cunversione di energia per a desalinizazione è u trattamentu di l'acqua residua. Tuttavia, i tassi di evaporazione elevati ùn ponu esse mantinuti per via di l'accumulazione apparentemente inevitabbile di fouling o sali nantu à l'assorbitore solare. A degradazione hè accelerata cum'è a concentrazione di solute aumenta. Per affruntà stu prublema, u gruppu di u prufessore Jia Zhu in l'Università di Nanjing, ispiratu da a struttura di foglie di ninfea, hà cuncepitu una struttura multi-stadi (Struttura gerarchica inspirata da ninfea (WHS) Dispositivo di cunversione fototermale-vapore, chì pò ottene 80% di efficienza di cunversione fototermale quandu si tratta 10% in peso di acqua salata altamente concentrata è 30% d'acqua salata altamente concentrata. l'efficienza di cunversione fototermale ùn diminuite micca significativamente durante u trattamentu di a salamoia altamente cuncentrata è l'acqua residuale finu à chì l'evaporazione hè cumpleta (vale à dì, "scarica zero"), è a superficia resta pulita U travagliu hè statu publicatu in Science Advance sottu u titulu "A Water-lily-inspired Hierarchical Design for Stable and Efficient Solar Evaporation of High Salinity Brine".
- Nano energia: disulfuru di molibdenu per l'evaporazione di l'acqua fototermale
I ricercatori di u gruppu di Lifeng Wan à l'Istitutu per i Materiali di Frontiera di l'Università Deakin anu sviluppatu una seria di eterostrutture di disulfuru di metalli di transizione è nitruri ricchi di azotu per l'evaporazione solare di l'acqua via trasfurmazione cristallina parziale. In particulare, queste eterostrutture 2D avanzate mostranu un assorbimentu spettrale miglioratu in a gamma infrarossa è una eccellente stabilità chimica in diverse soluzioni, cumprese acqua, acidi è basi. Ancu più impurtante, per via di l'intensità di assorbimentu spettrale migliorata è di a perdita di calore ridotta, u dispositivu termicu solare MoS2-Mo5N6/ schiuma di melamina (MF) mostra un altu tassu di evaporazione (2.31 kg m-2h-1) è una efficienza di cunversione (106.6%), chì sò 1.4 è 4.7 volte più alti di quelli di i dispositivi solari MoS2/MF è MF/acqua, rispettivamente. Questu travagliu furnisce una seria di eterostrutture avanzate di nitruri 2D-2D TMD ricchi di azotu cù eccellenti prestazioni fototermiche per a generazione di acqua solare. Stu travagliu hè statu publicatu in Nano energy, una rivista internaziunale di punta, cum'è "Eterostrutture 2D-2D avanzate di dicalcogenuri di metalli di transizione è nitruri ricchi di azotu per a generazione di acqua solare".
A tecnulugia di evaporazione di l'acqua fototermale solare hè prevista per risolve a carenza glubale di acqua pulita, ciò chì deve esse risoltu avà hè a preparazione low-cost di materiali fototermali, u funziunamentu d'alta efficienza, è ancu a stabilità è a portabilità di l'usu in ambienti pratichi d'applicazione, aspittendu più risultati in u futuru per u primu benefiziu di tutta l'umanità!
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