Η μελέτη περιγράφει ένα νέο φορητό σύστημα συλλογής ηλιακού ατμού με πολυμερές origami που μπορεί να συλλέξει και να καθαρίσει νερό με πολύ χαμηλό κόστος
Υπάρχει μια αυξανόμενη παγκόσμια ζήτηση για καθαρό νερό λόγω της πληθυσμιακής αύξησης, της εκβιομηχάνισης και της μόλυνσης και εξάντλησης των φυσικών πόρων του πλανήτη μας. Ο ηλιακός ατμός είναι μια τεχνική στην οποία ηλιακής ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον καθαρισμό του νερού με εξάτμιση μολυσμένου νερού, επανασυμπύκνωση και παραγωγή φρέσκου καθαρού νερού. Αυτή η τεχνική είναι μια καθαρή, ανανεώσιμη και βιώσιμη πράσινη τεχνολογία που έχει τη δυνατότητα να αντιμετωπίσει την παγκόσμια έλλειψη καθαρού νερού χρησιμοποιώντας την αφθονία της ηλιακής ενέργειας. Η αντοχή και η αποτελεσματικότητα ενός συστήματος ηλιακού ατμού εξαρτάται από τον σχεδιασμό του και την επιλογή φωτοθερμικών υλικών. Οι τρέχουσες τεχνολογίες ηλιακού ατμού χρησιμοποιούν ακριβά, ογκώδη υλικά και έχουν χαμηλή απόδοση και περιορισμένη απόδοση. Παρέμεινε μια πρόκληση η βελτίωση της απόδοσης και το χαμηλότερο κόστος προκειμένου να σχεδιαστεί ένα ελαφρύ και φορητό σύστημα ηλιακού ατμού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας από ιδιώτες.
Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 28 Μαΐου στο Προηγμένων Υλικών Οι ερευνητές περιγράφουν μια νέα μέθοδο ηλιακού ατμού σχεδιάζοντας ένα φορητό σύστημα συλλογής ηλιακού ατμού ελεγχόμενης χαμηλής πίεσης χαμηλού κόστους, το οποίο μπορεί να συλλέγει και να καθαρίζει νερό χρησιμοποιώντας ενέργεια από το ηλιακό φως. Επέλεξαν ένα φωτοθερμικό πολυμερές υλικό που ονομάζεται Polypyrrole (PPy), το οποίο είναι αγώγιμο στη φύση, είναι γνωστό για τις φωτοθερμικές του ιδιότητες και παρουσιάζει υψηλή απόδοση στη μετατροπή του ηλιακού φωτός σε θερμική θερμότητα. Εμπνευσμένο από το τριαντάφυλλο λουλουδιών, ο μοναδικός σχεδιασμός αυτού του ηλιακού συστήματος ατμού είναι κατασκευασμένος από σύνθετα 3D origami PPy. Ένα «PPy rose» που αποτελείται από στρώματα μαύρα φύλλα σε σχήμα πέταλα δημιουργήθηκε μέσω αναδίπλωσης origami και χημικού πολυμερισμού του PPy. Αυτή η δομή origami είναι προσαρτημένη σε έναν σωλήνα που έχει εγχυθεί με βαμβάκι που μοιάζει με στέλεχος, ο οποίος συλλέγει ακατέργαστο/μη επεξεργασμένο νερό από μια πηγή νερού και το τροφοδοτεί στη δομή τριαντάφυλλου PPy που βρίσκεται στην κορυφή. Ο σωλήνας με έγχυση βαμβακιού και ο αφρός πολυστυρενίου χρησιμοποιήθηκαν για την αποφυγή άμεσης επαφής μεταξύ του υλικού PPy και του χύμα νερού.
Μόλις το μη επεξεργασμένο νερό φτάσει στα πέταλα, το υλικό PPy στη δομή του άνθους μετατρέπει το νερό σε ατμό και οι ακαθαρσίες διαχωρίζονται φυσικά από το νερό. Στη συνέχεια, οι υδρατμοί πρέπει να συμπυκνωθούν και στη συνέχεια να συλλεχθεί καθαρό νερό για χρήση. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια κατάσταση χαμηλής πίεσης χρησιμοποιώντας μια φορητή αντλία κενού. Αυτό φάνηκε να ενισχύει σημαντικά τους ρυθμούς τόσο της εξάτμισης όσο και της συλλογής νερού. Μόλις το νερό συμπυκνωθεί, το συμπαγές και ανθεκτικό γυάλινο δοχείο συλλογής αποθηκεύει με ασφάλεια καθαρό νερό.
Τα 3D origami παρείχαν σημαντικά υψηλότερη απορρόφηση φωτός και βελτιωμένες επιφάνειες για εξάτμιση νερού σε σύγκριση με ένα συμβατικό 2D επίπεδο σχέδιο. Ο ρυθμός εξάτμισης και συλλογής νερού ενισχύεται κατά 52 τοις εκατό λόγω της μείωσης της πίεσης του θαλάμου. Το origami PPy βελτίωσε την εξάτμιση του νερού κατά 71 τοις εκατό και παρατηρήθηκαν επίσης υψηλότερα ποσοστά συλλογής ατμού. Η συνολική απόδοση του συστήματος αυξήθηκε κατά 91.5 τοις εκατό κάτω από μία πηγή φωτός. Το σύστημα δοκιμάστηκε σε δείγμα από τον ποταμό Κολοράντο στο Τέξας των ΗΠΑ. Το σύστημα αφαίρεσε τη μόλυνση του νερού με τη μορφή βαρέων μετάλλων, βακτηρίων, αλατιού και ανακουφίζει την αλκαλικότητα παράγοντας καθαρό νερό σύμφωνα με τα πρότυπα του ΠΟΥ.
Η παρούσα μελέτη περιγράφει έναν νέο ορθολογικό σχεδιασμό ενός φορητού συστήματος συλλογής ηλιακού ατμού χαμηλού κόστους με τρισδιάστατα φωτοθερμικά υλικά origami που προσφέρει βελτιωμένους ρυθμούς εξάτμισης νερού και συλλογής ατμού. Το κόστος κάθε κατασκευής που μοιάζει με λουλούδι είναι λιγότερο από 3 σεντς και μπορεί να παράγει με επιτυχία 2 λίτρα καθαρού νερού ανά ώρα ανά τετραγωνικό μέτρο. Αυτό το σχέδιο μπορεί να αποτελέσει έμπνευση για την κατασκευή μοναδικών μοντέλων ηλιακού ατμού για παραγωγή καθαρού νερού.
***
{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}
Πηγές)
Li, W. et αϊ. 2019. Φορητό Unisystem συλλογής ηλιακού ατμού χαμηλής πίεσης με Polypyrrole Origami. Προηγμένα Υλικά. http://doi.org/10.1002/adma.201900720
