შავი ტექნოლოგია! როდესაც მზე ანათებს, სუფთა წყალი ხელმისაწვდომია! ამ გასაოცარ მასალას გაგიმხელთ!

მტკნარი წყლის ნაკლებობა სულ უფრო სერიოზული გამოწვევაა სოციალური განვითარებისთვის. ცნობილია, რომ მსოფლიოს მოსახლეობის 29%-ს არ აქვს უსაფრთხო სასმელი წყალი, ხოლო სუფთა წყალზე მოთხოვნა კვლავ იზრდება მოსახლეობის ზრდისა და გარემოსდაცვითი საკითხების გამო. სანიტარიასთან დაკავშირებული სუფთა წყალი განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია კოროვირუსული დაავადების ამჟამინდელი აფეთქების კონტექსტში (ნეოკორონავირუსული პნევმონია). მზის ენერგიაზე მომუშავე წყლის აორთქლება ითვლება ერთ-ერთ ყველაზე პერსპექტიულ ტექნოლოგიად ზღვის წყლებიდან და ჩამდინარე წყლებიდან სუფთა წყლის წარმოებისთვის მზის სხივების, როგორც ენერგიის ერთადერთი წყაროს გამოყენებით. ტექნოლოგია დიდწილად ეყრდნობა მზის შთამნთქმელებს, რომლებიც მოქმედებენ როგორც აორთქლების როლი მზის ენერგიის სითბოდ გადაქცევად ორთქლის წარმოებისთვის. წყლის აორთქლების მაღალი სიჩქარის და მზის სითბოს კონვერტაციის ეფექტურობის მისაღწევად, იდეალურ მასალას უნდა ჰქონდეს შთანთქმის ფართო დიაპაზონი, რათა ეფექტურად გამოიყენოს მზის სპექტრის დიდი ნაწილი, დაბალი თბოგამტარობა სითბოს დაკარგვის ჩასახშობად და სამგანზომილებიანი (3D) ფოროვანი არხები წყლის ეფექტური ტრანსპორტირებისთვის. ჯერჯერობით, მეცნიერებმა შეიმუშავეს სხვადასხვა ფოტოთერმული მასალა ნახშირბადის (მაგ., გრაფენის ან ნანომილაკების), პოლიმერების, ლითონებისა და ლითონის ოქსიდების და მათი ჰიბრიდების საფუძველზე და ა.შ.

ბოლო წლების განმავლობაში მეცნიერები ბევრს მუშაობდნენ მრავალი გარღვევის შესასწავლად და გასაკეთებლად, ასე რომ, მოდით ვისწავლოთ რამდენიმე აქტუალური პუბლიკაციიდან ბოლო წლებში ფოტოთერმული სუფთა წყლის წარმოების კვლევის პროგრესის შესახებ.

1. ბუნების კომუნიკაციები: მცენარის ფოთლები შთააგონებს მზის ენერგიაზე მომუშავე, მაღალი ეფექტურობის წყლის გამწმენდს

ბუნებრივი სისხლძარღვოვანი მცენარეების ფოთლები მზის სინათლით მომარაგებული ტონობით სუფთა წყლის წარმოებისთვის ოსმოსური წნევის, ტრანსპირაციისა და ექსკრეციის განსხვავებებზეა დამოკიდებული. ამით შთაგონებულმა, ცინხუას უნივერსიტეტის ჩუნ ლის ჯგუფის მკვლევარებმა წარმოადგინეს მზის სინათლით მომუშავე გამწმენდი წყლის ეფექტური გაწმენდისა და წარმოებისთვის. ეს მზის სინათლით მომუშავე გამწმენდი აღჭურვილია უარყოფითად ტემპერატურაზე მგრძნობიარე პოლი(N-იზოპროპილაკრილამიდ) ჰიდროგელით (PN), რომელიც დამაგრებულია სუპერჰიდროფილურ მელამინის ქაფის ხერხემალზე და გარედან დაფარულია PNIPAm-მოდიფიცირებული გრაფენის (PG) ფილტრის მემბრანით. მოლეკულური დინამიკის სიმულაციებმა და ექსპერიმენტულმა შედეგებმა აჩვენა, რომ შედარებით ხისტი მელამინის ხერხემლის სუპერჰიდროფილურმა ბუნებამ მნიშვნელოვნად დააჩქარა PNPG-F გამწმენდის შეშუპების/შეშუპების მოხსნის სიჩქარე. იმავე მზის ინტენსივობის დასხივების პირობებში, ეს რაციონალურად დაპროექტებული სტრუქტურა უზრუნველყოფდა 4.2 კგ/მ2/სთ შეგროვებას და >99%-იან იონების მოცილებას ერთი PNPG-F-ისთვის მარილწყლიდან აორთქლებისა და წვეთოვანი დამატების სინერგიული ეფექტების მეშვეობით. ავტორი ვარაუდობს, რომ ამ მაღალეფექტური მზის სინათლით მომუშავე სისტემისთვის წყლის დამუშავების სხვადასხვა დანიშნულებაში დიდი პოტენციალი ექნება. კვლევა გამოქვეყნდა ნაშრომის სახით სახელწოდებით „მცენარის ფოთლებით შთაგონებული მზის სინათლით მომუშავე გამწმენდი მაღალი ეფექტურობის სუფთა წყლის წარმოებისთვის“ ჟურნალ „Nature“-ის ქვედანაყოფში, Nature communications.

2. მეცნიერების მიღწევები: სინათლის შთამნთქმელი ჰიდროგელების მაღალი ჰიდრატირებადი პოლიმერული ქსელები მზის წყლის გამწმენდისთვის

მზის წყლის აორთქლება წყლის გამწმენდისთვის პერსპექტიული ტექნოლოგიაა მტკნარი წყლის წარმოებისთვის. თუმცა, მზის ორთქლის გამომუშავება ენერგო ინტენსიურია, რაც იწვევს წყლის ნაკლებ წარმოებას ბუნებრივი დღის შუქზე. ამიტომ, დიდი საჭიროებაა ახალი მასალების შემუშავება, რომლებსაც შეუძლიათ შეამცირონ ენერგიის მოთხოვნილება წყლის აორთქლებაზე და დააჩქარონ მზის წყლის გაწმენდა. პროფესორ Guihua Yu-ს ჯგუფმა ოსტინში, ტეხასი, აშშ, იტყობინება მაღალი ჰიდრატირებული სინათლის შთამნთქმელი ჰიდროგელი (h-LAH), რომელიც შედგება პოლივინილის სპირტისა და ქიტოზანისგან, როგორც ჰიდრატაციის ხერხემალი და პოლიპიროლის, როგორც სინათლის შთამნთქმელი, რომელსაც შეუძლია გამოიყენოს ნაკლები ენერგია (წყლის მოცულობის < 50%) წყლის აორთქლებისთვის. დადასტურდა, რომ h-LAH-ის ჰიდრატაციის უნარის გაზრდამ შეიძლება შეცვალოს წყლის მდგომარეობა და ნაწილობრივ გაააქტიუროს წყალი, რითაც ხელი შეუწყოს წყლის აორთქლებას. h-LAH-მა გაზარდა მზის ორთქლის გამომუშავება რეკორდულ სიჩქარემდე ~ 3.6 კგ/მ2/სთ 1 მზეზე. h-LAH-ზე დაფუძნებული მზის წყლის აორთქლება ასევე ავლენდა გრძელვადიან გამძლეობას და დაბინძურების საწინააღმდეგო თვისებებს რთული იონური დამაბინძურებლების მიმართ. კვლევა გამოქვეყნდა ნაშრომში სათაურით "მცენარის ფოთლების შთაგონებული მზის შუქის გამწმენდი მაღალი ეფექტურობის სუფთა წყლის წარმოებისთვის" სამეცნიერო ქვეჟურნალში Science Advances.

3. Angew: COF მასალები სუპერჰიდროფილურობით და ფართო ტალღის სიგრძის სინათლის შთანთქმით წყლის ფოტოთერმული აორთქლებისთვის

ფოროვანი ორგანული პოლიმერების თანდაყოლილი ჰიდროფობიურობა და სინათლის შეზღუდული შთანთქმა, განსაკუთრებით ახლო ინფრაწითელ (NIR) რეგიონში, არის ორი ბოსტნეულობა, რომელიც აფერხებს მათ გამოყენებას მზის ორთქლის წარმოქმნაში (SSG). Xiaoli Yan-ის ჯგუფის მკვლევარებმა ჯილინის უნივერსიტეტში შეიმუშავეს კოვალენტური ორგანული ჩარჩო (COF), რომელიც დაფუძნებულია 1,4,5,8 ტეტრაკის(ფენილამინო)ანტრაცენ-9,10-დიონზე (TPAD) (TPAD-COF), რომელიც ხასიათდება სუპერჰიდროფილურობით და ფართო სინათლის შთანთქმით, რომელიც ფარავს SSG/IR ხილულ მთელ რეგიონს. TPAD-COF, როგორც ეფექტური ფოტოთერმული კონვერტაციის მასალა ყოველგვარი დანამატების გარეშე, ავლენს წყლის შესანიშნავ აორთქლებას 1.42 კგ/მ2/სთ და აღწევს ენერგიის მაღალი კონვერტაციის ეფექტურობას 94% მზის ერთი ინტენსივობის დასხივების ქვეშ. TPAD-ზე დაფუძნებული COF სინათლის შთანთქმის დიაპაზონის შემდგომი გაფართოება მიღწეული იქნა ქელირებული BF2 მოლეკულების პოსტსინთეზური მოდიფიკაციით. სისტემატური საკონტროლო ექსპერიმენტები და ანალიზი ადასტურებს, რომ ფოტოთერმული კონვერტაციის მასალის ჰიდროფილურობა უფრო დომინანტურ როლს თამაშობს მიმდინარე TPAD-ზე დაფუძნებულ COF-ებში, რომლებიც გამოიყენება ფოტოთერმული წყლის აორთქლებისთვის. კვლევითი სამუშაო, სახელწოდებით „სუპერჰიდროფილური 2D კოვალენტური ორგანული ჩარჩოები, როგორც ფართოზოლოვანი შთამნთქმელი მზის ორთქლის ეფექტური წარმოებისთვის“, გამოქვეყნდა უმაღლესი დონის საერთაშორისო ჟურნალში Angewise. ნამუშევარი გამოქვეყნდა ტოპ საერთაშორისო ჟურნალში Angew. ქიმ. ინტ. რედ.

4. JACS: ჰიდროფილურ-ჰიდროფობიური ორმაგი რეგიონის COF/გრაფენის ჰიდროგელი ფოტოთერმული წყლის აორთქლებისთვის

მზის წყლის აორთქლება არის მდგრადი წყლის დამუშავების ტექნოლოგია, რომელიც დაგეხმარებათ გლობალური წყლის დეფიციტის შემსუბუქებაში. თუმცა, ეს ტექნოლოგია დიდი გამოწვევების წინაშე დგას ენერგიის მაღალი მოხმარებისა და წყლის აორთქლების დაბალი აორთქლების სიჩქარის გამო. ბერლინის ტექნიკური უნივერსიტეტის პროფესორ არნე თომას ჯგუფი, გერმანია, იუწყება კოვალენტური ორგანული ჩარჩო (COF)/გრაფენის ორმაგი რეგიონის ჰიდროგელი, რომელიც შეიცავს როგორც ჰიდროფილურ, ასევე ჰიდროფობიურ რეგიონებს ერთ მასალაში მარტივი in situ ზრდის სტრატეგიის მეშვეობით. ჰიდროფილური COF მოიცავს ჰიდროფობიური გრაფენის რეგიონის ნაწილს. დამატენიანებელი ორი რეგიონის ზუსტი კონტროლით, ჰიბრიდული ჰიდროგელი აჩვენებს სინათლის ეფექტურ მოსავალს, რეგულირებად დატენიანებას, წყლის ოპტიმიზებულ შემცველობას და წყლის აორთქლებისთვის ენერგიის მოთხოვნილების შემცირებას. როგორც მზის შთამნთქმელი, ორმაგი რეგიონის ჰიდროგელი აღწევს ორთქლის წარმოქმნის სიჩქარეს 3.69 კგ/მ2/სთ-მდე 1 მზის დასხივებისთვის (1კვტ/მ2), რაც შედარებულია სხვა მოწინავე მასალებთან. გარდა ამისა, ეს ჰიდროგელის ამაორთქლებელი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სასმელი წყლის დასამზადებლად ზღვის წყლისა და კანალიზაციისგან, რაც აჩვენებს წყლის დამუშავების პოტენციალს. კვლევითი ნამუშევარი გამოქვეყნდა ჟურნალში JACS, როგორც “A Covalent Organic Framework/Graphene Dual-Region Hydrogel for Enhanced Solar-Driven Water Generation”, JACS, საუკეთესო საერთაშორისო ჟურნალი.

5. მეცნიერების მიღწევები: წყლის შროშანას დანის სტრუქტურით შთაგონებული მაღალი ეფექტურობის ფოტოთერმული წყლის აორთქლება

ბოლო წლების განმავლობაში, შუალედური მზის ორთქლის წარმოქმნამ აჩვენა დიდი პოტენციალი ენერგიის მაღალი კონვერტაციის ეფექტურობის მიღწევაში გაუვალობისა და ჩამდინარე წყლების გაწმენდისთვის. თუმცა, აორთქლების მაღალი სიჩქარის შენარჩუნება შეუძლებელია მზის შთამნთქმელზე დაბინძურების ან მარილის ერთი შეხედვით გარდაუვალი დაგროვების გამო. დეგრადაცია აჩქარებულია, როდესაც იზრდება ხსნარის კონცენტრაცია. ამ პრობლემის გადასაჭრელად, პროფესორ ჯია ჟუს ჯგუფმა ნანკინის უნივერსიტეტში, შთაგონებული წყლის შროშანის ფოთლების სტრუქტურით, შეიმუშავა მრავალსაფეხურიანი სტრუქტურა (წყლის შროშანით შთაგონებული იერარქიული სტრუქტურა (WHS) ფოტოთერმული ორთქლის კონვერტაციის მოწყობილობა, რომელსაც შეუძლია მიაღწიოს 80% ფოტოთერმული კონვერტაციის ეფექტურობას 10% მარილის მაღალი და 30% wt დამუშავებისას. ჩამდინარე წყლები აღსანიშნავია, რომ ფოტოთერმული კონვერტაციის ეფექტურობა მნიშვნელოვნად არ მცირდება მაღალი კონცენტრირებული მარილწყალსა და ჩამდინარე წყლების დამუშავების დროს, სანამ არ დასრულდება აორთქლება (ანუ „ნულოვანი გამონადენი“) და ნამუშევარი გამოქვეყნდა Science Advance-ში სათაურით „A Water-inspired Brilliant Hierarchical“.

6. ნანო ენერგია: მოლიბდენის დისულფიდი წყლის ფოტოთერმული აორთქლისთვის

დიკინის უნივერსიტეტის სასაზღვრო მასალების ინსტიტუტის ლიფენგ ვანის ჯგუფის მკვლევარებმა შეიმუშავეს გარდამავალი ლითონების დისულფიდური და აზოტით მდიდარი ნიტრიდის ჰეტეროსტრუქტურების სერია მზის ენერგიაზე წყლის აორთქლებისთვის ნაწილობრივი კრისტალური ტრანსფორმაციის გზით. კერძოდ, ეს მოწინავე 2D ჰეტეროსტრუქტურები ავლენენ გაძლიერებულ სპექტრულ შთანთქმას ინფრაწითელ დიაპაზონში და შესანიშნავ ქიმიურ სტაბილურობას სხვადასხვა ხსნარში, მათ შორის წყალში, მჟავებსა და ფუძეებში. უფრო მნიშვნელოვანია, რომ გაძლიერებული სპექტრული შთანთქმის ინტენსივობისა და შემცირებული სითბოს დაკარგვის გამო, MoS2-Mo5N6/ მელამინის ქაფისგან დამზადებული (MF) მზის თერმული მოწყობილობა ავლენს მაღალ აორთქლების სიჩქარეს (2.31 კგ მ-2სთ-1) და გარდაქმნის ეფექტურობას (106.6%), რაც შესაბამისად 1.4 და 4.7-ჯერ აღემატება MoS2/MF და MF/წყლის მზის მოწყობილობებს. ეს ნაშრომი წარმოადგენს მოწინავე 2D-2D TMD-ების - აზოტით მდიდარი ნიტრიდის ჰეტეროსტრუქტურების სერიას მზის ენერგიაზე წყლის გენერაციისთვის შესანიშნავი ფოტოთერმული მახასიათებლებით. ეს ნაშრომი გამოქვეყნდა წამყვან საერთაშორისო ჟურნალ Nano energy-ში, სახელწოდებით „გარდამავალი ლითონების დიქალკოგენიდების და აზოტით მდიდარი ნიტრიდების მოწინავე 2D-2D ჰეტეროსტრუქტურები მზის წყლის გენერაციისთვის“.

მზის ფოტოთერმული წყლის აორთქლების ტექნოლოგია მოსალოდნელია სუფთა წყლის გლობალური დეფიციტის გადაჭრას, რაც ახლა უნდა მოგვარდეს არის ფოტოთერმული მასალების იაფფასიანი მომზადება, მაღალი ეფექტურობა, ასევე გამოყენების სტაბილურობა და პორტაბელურობა პრაქტიკულ გამოყენების გარემოში.

მელამინის ქაფის შესახებ დამატებითი ინფორმაციის მისაღებად, გთხოვთ, დაგვიკავშირდეთ ნომერზე [email protected] ან დაგვიკავშირდეთ ზარით: +86-28-8411-1861.

ზოგიერთი სურათი და ტექსტი რეპროდუცირებულია ინტერნეტიდან და საავტორო უფლებები ეკუთვნის ორიგინალ ავტორს. თუ რაიმე დარღვევაა, გთხოვთ დაგვიკავშირდეთ წასაშლელად.