Новости

Mar 17, 2024

Солнечная

Исследователи разработали гидрогель, питаемый солнечным светом, со структурой, напоминающей мочалку, которая может быстро очищать большие объемы воды, загрязненной маслами, металлами и микропластиком. Материал,

Исследователи разработали гидрогель, питаемый солнечным светом, со структурой, напоминающей мочалку, которая может быстро очищать большие объемы воды, загрязненной маслами, металлами и микропластиком. Материал, который функционирует даже в мутном состоянии, может обеспечить достаточное количество воды питьевого качества для удовлетворения ежедневных потребностей человека.

Гидрогели многообещающи для таких применений, как очистка воды, но современные методы не могут генерировать достаточное количество воды из-за закрытопористой структуры изученных до сих пор материалов. Напротив, натуральные мочалки, которые многие люди используют для отшелушивания кожи, имеют большие, открытые и взаимосвязанные поры. Таким образом, вода может фильтроваться через эти структуры со значительно ускоренной скоростью.

В новой работе группа исследователей под руководством Родни Пристли и Сяохуэй Сюй из Принстонского университета изготовила солнечный абсорбирующий гель (LSAG), похожий на мочалку, со взаимосвязанной структурой с открытыми порами. Гель может производить воду питьевого качества из различных загрязненных источников со скоростью около 26 кг/м2/ч, что, по их словам, достаточно для удовлетворения ежедневных потребностей человека в воде.

Исследователи сделали LSAG из поли(N-изопропилакриламида) (PNIPAm), полидофамина (PDA) и поли(сульфобетаинметакрилата) (PSBMA), используя растворитель этиленгликоль-вода.

«Мы разработали гидрогель PNIPam, вдохновленный люфой, путем свободнорадикальной полимеризации, используя смешанный растворитель в качестве полимеризационной среды», — объясняет Сюй. «Затем мы функционализировали PNIPam с помощью PDA и PSBMA с помощью метода полимеризации на месте, получив многофункциональный и очень прочный материал, поглощающий солнечную энергию для очистки воды».

Исследователи протестировали свой солнечный гель, похожий на люфу, погрузив его в раствор загрязненной воды при температуре ниже нижней критической температуры растворения (LCST), температуры, ниже которой гель становится гидрофильным. Они заметили, что гель набухает, поглощая большое количество воды и одновременно улавливая загрязнения.

Затем они подвергли гель воздействию искусственного солнечного света интенсивностью от 0,5 до 1 кВт/м2 (0,5–1 Солнца), в результате чего его температура превысила LCST. «Это заставляет гель переключаться из гидрофильного состояния в гидрофобное, тем самым позволяя быстро высвободить очищенную воду», — говорит Сюй. Действительно, гель высвободил примерно 70% накопленной жидкости всего за 10–20 минут.

Очиститель воды на солнечной энергии вдохновлен рыбой-фугу

По мнению исследователей, которые сообщают о своей работе в ACS Central Science, новый гель-поглотитель солнечной энергии может открыть «новую парадигму производства солнечной воды, способной удовлетворить ежедневную потребность человека».

Сейчас команда работает над разработкой антибактериального гидрогеля, который сможет эффективно убивать бактерии, рожденные в воде. «Мы также будем проверять способность нашего геля очищать воду, загрязненную ПФАС [пер- и полифторалкильными веществами]», — рассказал Сюй Physics World.