Ang kakulangan sa sariwang tubig ay lalong seryosong hamon sa panlipunang pag-unlad. Iniulat na 29% ng pandaigdigang populasyon ay kulang sa ligtas na inuming tubig, at ang pangangailangan para sa malinis na tubig ay tumataas pa rin dahil sa paglaki ng populasyon at mga isyu sa kapaligiran. Ang malinis na tubig na nauugnay sa sanitasyon ay partikular na mahalaga sa konteksto ng kasalukuyang paglaganap ng sakit na coronavirus (Neocoronavirus pneumonia). Ang solar-powered water evaporation ay itinuturing na isa sa mga pinaka-promising na teknolohiya para sa paggawa ng malinis na tubig mula sa tubig-dagat at wastewater gamit ang sikat ng araw bilang ang tanging input ng enerhiya. Ang teknolohiya ay lubos na umaasa sa mga solar absorbers, na kumikilos bilang mga evaporator upang i-convert ang solar energy sa init upang makagawa ng singaw. Upang makamit ang mataas na rate ng pagsingaw ng tubig at mga kahusayan sa conversion ng init ng araw, ang perpektong materyal ay dapat magkaroon ng malawak na hanay ng pagsipsip upang mahusay na magamit ang malaking bahagi ng solar spectrum, mababang thermal conductivity upang sugpuin ang pagkawala ng init, at three-dimensional (3D) porous na mga channel para sa mahusay na transportasyon ng tubig. Sa ngayon, nakabuo ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga photothermal na materyales batay sa carbon (hal., graphene o carbon nanotubes), polymer, metal at metal oxide at kanilang mga hybrid, atbp.
Ang mga siyentipiko ay nagsisikap nang husto upang galugarin at gumawa ng maraming mga tagumpay sa mga nakaraang taon, kaya't matuto tayo mula sa ilang mga publikasyong pangkasalukuyan tungkol sa pag-unlad ng pananaliksik sa paglikha ng malinis na tubig ng photothermal sa mga nakaraang taon.
- Nature Communications: Ang mga dahon ng halaman ay nagbibigay inspirasyon sa solar-powered, high-efficiency na water purifier
Ang mga dahon ng natural na mga halamang may ugat ay umaasa sa mga pagkakaiba sa osmotic pressure, transpiration, at excretion upang makagawa ng tone-toneladang malinis na tubig, na pinapagana ng sikat ng araw. Dahil sa inspirasyong ito, ang mga mananaliksik sa grupo ni Chun Li sa Qinghua University ay nag-ulat ng isang sunlight-driven purifier para sa mahusay na paglilinis at produksyon ng tubig. Ang sunlight-driven purifier na ito ay nagtatampok ng negative temperature-responsive poly(N-isopropylacrylamide) hydrogel (PN) na nakakabit sa isang superhydrophilic melamine foam backbone at pinahiran ng PNIPAm-modified graphene (PG) filter membrane sa labas. Ipinakita ng mga molecular dynamics simulation at mga resulta ng eksperimento na ang superhydrophilic na katangian ng medyo matibay na melamine backbone ay makabuluhang nagpabilis sa swelling/de-swelling rate ng PNPG-F purifier. Sa ilalim ng parehong intensity ng sikat ng araw na pag-iilaw, ang makatwirang ininhinyero na istrakturang ito ay nagbigay ng 4.2 kg/m2/h na koleksyon at > 99% na pag-alis ng ion para sa isang PNPG-F mula sa isang brine feed sa pamamagitan ng synergistic na epekto ng evaporation at drip addition. Nakikita ng may-akda ang malaking potensyal na aplikasyon para sa lubos na mahusay na sunlight-driven system na ito sa iba't ibang aplikasyon sa paggamot ng tubig. Ang pag-aaral ay inilathala bilang isang papel na pinamagatang “Plant leaves inspired sunlight-driven purifier for high-efficiency clean water production” sa Nature subjournal na Nature communications.
- Science Advances: Highly hydratable polymer network ng light-absorbing hydrogels para sa solar water purification
Ang solar water evaporation para sa paglilinis ng tubig ay isang promising na teknolohiya para sa freshwater production. Gayunpaman, ang pagbuo ng singaw ng solar ay masinsinang enerhiya, na nagreresulta sa mababang produksyon ng tubig sa ilalim ng natural na liwanag ng araw. Samakatuwid, mayroong isang malaking pangangailangan upang bumuo ng mga bagong materyales na maaaring mabawasan ang pangangailangan ng enerhiya para sa pagsingaw ng tubig at mapabilis ang solar water purification. Ang grupo ni Propesor Guihua Yu sa Austin, Texas, USA, ay nag-ulat ng mataas na hydrated light-absorbing hydrogel (h-LAH) na binubuo ng polyvinyl alcohol at chitosan bilang hydration backbone at polypyrrole bilang light absorber, na maaaring gumamit ng mas kaunting enerhiya (<50% ng volume ng tubig) para mag-evaporate ng tubig. Ipinakita na ang pagtaas ng kapasidad ng hydration ng h-LAH ay maaaring magbago ng estado ng tubig at bahagyang i-activate ang tubig, at sa gayon ay mapadali ang pagsingaw ng tubig. Ang h-LAH ay tumaas ng solar vapor production sa isang record rate na ~3.6 kg/m2/h sa 1 araw. Ang h-LAH-based na solar water evaporation ay nagpakita rin ng pangmatagalang tibay at antifouling properties laban sa mga kumplikadong ionic contaminants. Ang pananaliksik ay nai-publish sa isang papel na pinamagatang "Plant leaves inspired sikat ng araw-driven purifier para sa mataas na kahusayan ng malinis na tubig produksyon" sa Science subjournal Science Advances.
- Angew: Mga materyales ng COF na may superhydrophilicity at malawak na wavelength na pagsipsip ng liwanag para sa photothermal water evaporation
Ang likas na hydrophobicity at limitadong pagsipsip ng liwanag ng mga porous na organikong polimer, lalo na sa malapit-infrared (NIR) na rehiyon, ay dalawang bottleneck na humahadlang sa kanilang aplikasyon sa solar steam generation (SSG). Ang mga mananaliksik sa grupo ni Xiaoli Yan sa Jilin University ay bumuo ng isang covalent organic framework (COF) batay sa 1,4,5,8 tetrakis(phenylamino)anthracene-9,10-dione (TPAD) (TPAD-COF), na nailalarawan sa pamamagitan ng superhydrophilicity at malawak na pagsipsip ng liwanag na sumasaklaw sa SSG mula sa buong UV/visible na rehiyon ng NIR. Ang TPAD-COF, bilang isang mahusay na photothermal conversion material na walang anumang additives, ay nagpapakita ng mahusay na water evaporation na 1.42 kg/m2/h at nakakamit ang mataas na energy conversion efficiency na 94% sa ilalim ng isang solar intensity irradiation. Ang isang karagdagang extension ng TPAD-based na COF light absorption range ay nakamit sa pamamagitan ng post-synthetic modification ng chelated BF2 molecules. Kinukumpirma ng mga sistematikong eksperimento sa pagkontrol at pagsusuri na ang hydrophilicity ng photothermal conversion material ay gumaganap ng isang mas nangingibabaw na papel sa kasalukuyang mga COF na nakabatay sa TPAD na ginagamit para sa photothermal water evaporation. Ang gawaing pananaliksik, na pinamagatang "Superhydrophilic2D Covalent Organic Frameworks bilang Broadband Absorbers para sa Efficient Solar Steam Generation," ay na-publish sa top-tier na internasyonal na journal na Angewise. Ang gawain ay nai-publish sa nangungunang internasyonal na journal na Angew. Chem. Int. Ed.
- JACS: Hydrophilic-hydrophobic dual-region COF/graphene hydrogel para sa photothermal water evaporation
Ang solar water evaporation ay isang napapanatiling teknolohiya sa paggamot ng tubig na makakatulong na maibsan ang pandaigdigang kakulangan sa tubig. Gayunpaman, ang teknolohiyang ito ay nahaharap sa malalaking hamon dahil sa mataas na pagkonsumo ng enerhiya at mababang rate ng pagsingaw ng tubig. Ang grupo ni Prof. Arne Thomas sa Technical University of Berlin, Germany, ay nag-uulat ng covalent organic framework (COF)/graphene dual-region hydrogel na naglalaman ng parehong hydrophilic at hydrophobic na mga rehiyon sa isang materyal sa pamamagitan ng isang simpleng in situ na diskarte sa paglago. Sinasaklaw ng hydrophilic COF ang bahagi ng hydrophobic graphene region. Sa pamamagitan ng tumpak na kontrol ng dalawang basang rehiyon, ang hybrid na hydrogel ay nagpapakita ng epektibong magaan na pag-aani, mahimig na pagkabasa, na-optimize na nilalaman ng tubig, at pinababang pangangailangan ng enerhiya para sa pagsingaw ng tubig. Bilang solar absorber, ang dual-region hydrogel ay nakakamit ng vapor generation rate na hanggang 3.69 kg/m2/h para sa 1 solar irradiation (1kw/m2), na maihahambing sa iba pang advanced na materyales. Bilang karagdagan, ang hydrogel evaporator na ito ay maaaring gamitin upang makagawa ng maiinom na tubig mula sa tubig-dagat at dumi sa alkantarilya, na nagpapakita ng potensyal ng paggamot sa tubig. Ang gawaing pananaliksik ay nai-publish sa journal na JACS bilang "Isang Covalent Organic Framework/Graphene Dual-Region Hydrogel para sa Enhanced Solar-Driven Water Generation", JACS, isang nangungunang internasyonal na journal.
- Science Advances: Water lily blade structure-inspired high-efficiency photothermal water evaporator
Sa mga nakalipas na taon, ang pagbuo ng interfacial solar vapor ay nagpakita ng malaking potensyal sa pagkamit ng mataas na kahusayan sa conversion ng enerhiya para sa desalination at wastewater treatment. Gayunpaman, ang mataas na rate ng pagsingaw ay hindi maaaring mapanatili dahil sa tila hindi maiiwasang akumulasyon ng fouling o asin sa solar absorber. Ang pagkasira ay pinabilis habang tumataas ang konsentrasyon ng solute. Upang matugunan ang problemang ito, ang grupo ni Prof. Jia Zhu sa Nanjing University, na inspirasyon ng istruktura ng mga dahon ng water lily, ay nagdisenyo ng isang multi-stage na istraktura (Water-lily-inspired Hierarchical Structure (WHS) photothermal-vapor conversion device, na maaaring makamit ang 80% photothermal conversion na kahusayan kapag tinatrato ang 10 wt% ng tubig na may mataas na konsentradong tubig asin. Ang kahusayan sa conversion ng photothermal ay hindi bumababa nang malaki sa panahon ng paggamot ng mataas na konsentrasyon ng brine at wastewater hanggang sa makumpleto ang evaporation (ibig sabihin, "zero discharge"), at ang ibabaw ay nananatiling malinis sa Science Advance sa ilalim ng pamagat na "A Water-lily-inspired Hierarchical Design for Stable and Efficient Solar Evaporation of High Salinity Brine".
- Nano energy: Molibdenum disulfide para sa photothermal water evaporation
Ang mga mananaliksik sa grupo ni Lifeng Wan sa Institute for Frontier Materials ng Deakin University ay nakabuo ng isang serye ng mga transition metal disulfide at nitrogen-rich nitride heterostructure para sa solar water evaporation sa pamamagitan ng partial crystal transformation. Sa partikular, ang mga advanced na 2D heterostructure na ito ay nagpapakita ng pinahusay na spectral absorption sa infrared range at mahusay na chemical stability sa iba't ibang solusyon, kabilang ang tubig, acids at bases. Higit sa lahat, dahil sa pinahusay na spectral absorption intensity at nabawasang heat loss, ang MoS2-Mo5N6/ melamine foam (MF) solar thermal device ay nagpapakita ng mataas na evaporation rate (2.31 kg m-2h-1) at conversion efficiency (106.6%), na 1.4 at 4.7 beses na mas mataas kaysa sa mga MoS2/MF at MF/water solar devices, ayon sa pagkakabanggit. Ang gawaing ito ay nagbibigay ng isang serye ng mga advanced na 2D-2D TMDs-nitrogen-rich nitride heterostructures na may mahusay na photothermal performance para sa solar water generation. Ang akdang ito ay inilathala sa Nano energy, isang nangungunang internasyonal na journal, bilang “Advanced 2D-2D heterostructures of transition metal dichalcogenides and nitrogen-rich nitrides for solar water generation”.
Ang teknolohiya ng solar photothermal water evaporation ay inaasahang malulutas ang pandaigdigang kakulangan ng malinis na tubig, ang kailangang lutasin ngayon ay ang murang paghahanda ng mga photothermal na materyales, mataas na kahusayan na operasyon, pati na rin ang katatagan at kakayahang magamit sa mga praktikal na kapaligiran ng aplikasyon, na umaasa sa higit pang mga resulta sa hinaharap para sa maagang benepisyo ng lahat ng sangkatauhan!
Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa Melamine Foam, mangyaring makipag-ugnayan sa amin sa [email protected] o mag-text sa amin: +86-28-8411-1861.
Ang ilang mga larawan at teksto ay ginawa mula sa Internet, at ang copyright ay pagmamay-ari ng orihinal na may-akda. Kung mayroong anumang paglabag, mangyaring makipag-ugnayan sa amin upang tanggalin.