Kekurangan air tawar adalah cabaran yang semakin serius kepada pembangunan sosial. Dilaporkan bahawa 29% penduduk global kekurangan air minuman yang selamat, dan permintaan untuk air bersih masih meningkat disebabkan oleh pertumbuhan penduduk dan isu alam sekitar. Air bersih yang dikaitkan dengan sanitasi amat penting dalam konteks wabak semasa penyakit coronavirus (pneumonia Neocoronavirus). Penyejatan air berkuasa solar dianggap sebagai salah satu teknologi yang paling menjanjikan untuk menghasilkan air bersih daripada air laut dan air sisa menggunakan cahaya matahari sebagai satu-satunya input tenaga. Teknologi ini sangat bergantung pada penyerap suria, yang bertindak sebagai penyejat untuk menukar tenaga suria kepada haba untuk menghasilkan wap. Untuk mencapai kadar penyejatan air yang tinggi dan kecekapan penukaran haba suria, bahan yang ideal harus mempunyai julat penyerapan yang luas untuk menggunakan sebahagian besar spektrum suria dengan cekap, kekonduksian haba yang rendah untuk menyekat kehilangan haba, dan saluran berliang tiga dimensi (3D) untuk pengangkutan air yang cekap. Setakat ini, saintis telah membangunkan pelbagai bahan fototerma berdasarkan karbon (cth, graphene atau karbon nanotube), polimer, logam dan oksida logam serta hibridnya, dsb.
Para saintis telah bekerja keras untuk meneroka dan membuat banyak penemuan dalam beberapa tahun kebelakangan ini, jadi mari kita belajar daripada beberapa penerbitan topikal tentang kemajuan penyelidikan dalam penjanaan air bersih fototerma dalam beberapa tahun kebelakangan ini.
- Komunikasi Alam Semula Jadi: Daun tumbuhan memberi inspirasi kepada penulen air berkuasa solar dan berkecekapan tinggi
Daun tumbuhan vaskular semula jadi bergantung pada perbezaan tekanan osmotik, transpirasi dan perkumuhan untuk menghasilkan bertan-tan air bersih, yang dikuasakan oleh cahaya matahari. Diinspirasikan oleh ini, penyelidik dalam kumpulan Chun Li di Universiti Qinghua telah melaporkan penulen yang dipacu cahaya matahari untuk penulenan dan pengeluaran air yang cekap. Penulen yang dipacu cahaya matahari ini mempunyai hidrogel poli(N-isopropilakrilamida) (PN) responsif suhu negatif yang dipasang pada tulang belakang buih melamin superhidrofilik dan disalut dengan membran penapis grafena (PG) yang diubah suai PNIPAm di bahagian luar. Simulasi dinamik molekul dan keputusan eksperimen menunjukkan bahawa sifat superhidrofilik tulang belakang melamin yang agak tegar mempercepatkan kadar pembengkakan/penyingkiran pembengkakan penulen PNPG-F dengan ketara. Di bawah penyinaran intensiti cahaya matahari yang sama, struktur yang direka bentuk secara rasional ini menyediakan pengumpulan 4.2 kg/m2/j dan penyingkiran ion > 99% untuk satu PNPG-F daripada suapan air garam melalui kesan sinergi penyejatan dan penambahan titisan. Penulis membayangkan aplikasi berpotensi besar untuk sistem dipacu cahaya matahari yang sangat cekap ini dalam pelbagai aplikasi rawatan air. Kajian itu diterbitkan sebagai kertas kerja bertajuk “Daun tumbuhan diinspirasikan oleh penulen pacuan cahaya matahari untuk pengeluaran air bersih berkecekapan tinggi” dalam subjurnal Nature Nature communications.
- Kemajuan Sains: Rangkaian polimer yang sangat terhidrat bagi hidrogel penyerap cahaya untuk penulenan air suria
Penyejatan air suria untuk pembersihan air adalah teknologi yang menjanjikan untuk pengeluaran air tawar. Walau bagaimanapun, penjanaan wap suria adalah intensif tenaga, menyebabkan pengeluaran air rendah di bawah cahaya siang semula jadi. Oleh itu, terdapat keperluan besar untuk membangunkan bahan baharu yang boleh mengurangkan permintaan tenaga untuk penyejatan air dan mempercepatkan pembersihan air suria. Kumpulan Profesor Guihua Yu di Austin, Texas, Amerika Syarikat, melaporkan hidrogel penyerap cahaya yang sangat terhidrat (h-LAH) yang terdiri daripada polivinil alkohol dan kitosan sebagai tulang belakang penghidratan dan polipirol sebagai penyerap cahaya, yang boleh menggunakan kurang tenaga (<50% daripada isipadu air) untuk menyejat air. Telah ditunjukkan bahawa meningkatkan kapasiti penghidratan h-LAH boleh mengubah keadaan air dan sebahagiannya mengaktifkan air, dengan itu memudahkan penyejatan air. h-LAH meningkatkan pengeluaran wap suria kepada kadar rekod ~3.6 kg/m2/j dalam 1 matahari. Penyejatan air suria berasaskan h-LAH juga mempamerkan ketahanan jangka panjang dan sifat antikotoran terhadap bahan cemar ionik kompleks. Penyelidikan itu diterbitkan dalam kertas bertajuk "Daun tumbuhan yang diilhamkan penulen dipacu cahaya matahari untuk pengeluaran air bersih berkecekapan tinggi" dalam Science subjournal Science Advances".
- Angew: Bahan COF dengan superhydrophilicity dan penyerapan cahaya panjang gelombang yang luas untuk penyejatan air fototerma
Hidrofobisiti yang wujud dan penyerapan cahaya terhad bagi polimer organik berliang, terutamanya di rantau inframerah-dekat (NIR), adalah dua kesesakan yang menghalang penggunaannya dalam penjanaan wap suria (SSG). Penyelidik dalam kumpulan Xiaoli Yan di Universiti Jilin telah membangunkan rangka kerja organik kovalen (COF) berdasarkan 1,4,5,8 tetrakis(phenylamino)anthracene-9,10-dione (TPAD) (TPAD-COF), yang dicirikan oleh superhydrophilicity dan penyerapan cahaya luas meliputi SSG dari seluruh kawasan UV/boleh nampak. TPAD-COF, sebagai bahan penukaran fototerma yang cekap tanpa sebarang bahan tambahan, mempamerkan penyejatan air yang sangat baik sebanyak 1.42 kg/m2/j dan mencapai kecekapan penukaran tenaga yang tinggi sebanyak 94% di bawah satu penyinaran intensiti suria. Lanjutan lanjut dari julat penyerapan cahaya COF berasaskan TPAD telah dicapai dengan pengubahsuaian pasca sintetik molekul BF2 kelat. Eksperimen dan analisis kawalan sistematik mengesahkan bahawa hidrofilik bahan penukaran fototerma memainkan peranan yang lebih dominan dalam COF berasaskan TPAD semasa yang digunakan untuk penyejatan air fototerma. Kerja penyelidikan itu, bertajuk "Rangka Kerja Organik Kovalen Superhydrophilic2D sebagai Penyerap Jalur Lebar untuk Penjanaan Stim Suria yang Cekap," telah diterbitkan dalam jurnal antarabangsa peringkat teratas Angewise. Kerja itu diterbitkan dalam jurnal antarabangsa terkemuka Angew. Kimia. Int. Ed.
- JACS: hidrogel COF/graphene dwi-rantau hidrofilik-hidrofobik untuk penyejatan air fototerma
Penyejatan air suria ialah teknologi rawatan air mampan yang boleh membantu mengurangkan kekurangan air global. Walau bagaimanapun, teknologi ini menghadapi cabaran besar kerana penggunaan tenaga yang tinggi dan kadar penyejatan rendah bagi penyejatan air. Kumpulan Prof. Arne Thomas di Universiti Teknikal Berlin, Jerman, melaporkan rangka kerja organik kovalen (COF)/graphene dwi-rantau hidrogel yang mengandungi kedua-dua kawasan hidrofilik dan hidrofobik dalam satu bahan melalui strategi pertumbuhan in situ yang mudah. COF hidrofilik meliputi sebahagian daripada kawasan graphene hidrofobik. Dengan kawalan tepat kedua-dua kawasan pembasahan, hidrogel hibrid menunjukkan penuaian cahaya yang berkesan, kebolehbasahan boleh melaras, kandungan air yang dioptimumkan, dan mengurangkan keperluan tenaga untuk penyejatan air. Sebagai penyerap suria, hidrogel dwi-rantau mencapai kadar penjanaan wap sehingga 3.69 kg/m2/j untuk 1 penyinaran suria (1kw/m2), yang setanding dengan bahan termaju lain. Di samping itu, penyejat hidrogel ini boleh digunakan untuk menghasilkan air yang boleh diminum daripada air laut dan kumbahan, menunjukkan potensi rawatan air. Kerja penyelidikan telah diterbitkan dalam jurnal JACS sebagai "Rangka Kerja Organik Kovalen/Graphene Dual-Region Hydrogel for Enhanced Solar-Driven Water Generation", JACS, jurnal antarabangsa terkemuka.
- Kemajuan Sains: Penyejat air fototerma berkecekapan tinggi yang diilhamkan oleh struktur bilah teratai air
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, penjanaan wap suria antara muka telah menunjukkan potensi besar dalam mencapai kecekapan penukaran tenaga yang tinggi untuk penyahgaraman dan rawatan air sisa. Walau bagaimanapun, kadar penyejatan yang tinggi tidak dapat dikekalkan kerana pengumpulan kotoran atau garam yang kelihatan tidak dapat dielakkan pada penyerap suria. Degradasi dipercepatkan apabila kepekatan zat terlarut meningkat. Untuk menangani masalah ini, kumpulan Prof. Jia Zhu di Universiti Nanjing, yang diilhamkan oleh struktur daun teratai, mereka bentuk struktur berbilang peringkat (Struktur Hierarki yang diinspirasikan oleh Water-lily (WHS) peranti penukaran wap fototerma, yang boleh mencapai kecekapan penukaran fototerma 80% apabila merawat 10 wt% berat air masin 30% yang bernilai tinggi. kecekapan penukaran fototerma tidak berkurangan dengan ketara semasa rawatan air garam dan air buangan yang sangat pekat sehingga penyejatan selesai (iaitu, "pelepasan sifar"), dan permukaannya kekal bersih.
- Tenaga nano: Molibdenum disulfida untuk penyejatan air fototerma
Penyelidik dalam kumpulan Lifeng Wan di Institut Bahan Frontier Universiti Deakin telah membangunkan satu siri heterostruktur disulfida logam peralihan dan nitrida kaya nitrogen untuk penyejatan air suria melalui transformasi kristal separa. Khususnya, heterostruktur 2D termaju ini mempamerkan penyerapan spektrum yang dipertingkatkan dalam julat inframerah dan kestabilan kimia yang sangat baik dalam larutan yang berbeza, termasuk air, asid dan bes. Lebih penting lagi, disebabkan oleh keamatan penyerapan spektrum yang dipertingkatkan dan kehilangan haba yang berkurangan, peranti haba suria MoS2-Mo5N6/ buih melamina (MF) mempamerkan kadar penyejatan yang tinggi (2.31 kg m-2j-1) dan kecekapan penukaran (106.6%), iaitu masing-masing 1.4 dan 4.7 kali lebih tinggi daripada peranti solar MoS2/MF dan MF/air. Kerja ini menyediakan satu siri heterostruktur nitrida kaya nitrogen TMD 2D-2D termaju dengan prestasi fototerma yang sangat baik untuk penjanaan air suria. Karya ini telah diterbitkan dalam Nano energy, sebuah jurnal antarabangsa terkemuka, sebagai “Heterostruktur 2D-2D lanjutan dikalkogenida logam peralihan dan nitrida kaya nitrogen untuk penjanaan air solar”.
Teknologi penyejatan air fototerma suria dijangka dapat menyelesaikan kekurangan air bersih global, apa yang perlu diselesaikan sekarang ialah penyediaan bahan fototerma kos rendah, operasi kecekapan tinggi, serta kestabilan dan mudah alih penggunaan dalam persekitaran aplikasi praktikal, menantikan lebih banyak hasil pada masa hadapan untuk manfaat awal semua manusia!
Untuk maklumat lanjut tentang Buih Melamin, sila hubungi kami di [email protected] atau hubungi kami melalui suara: +86-28-8411-1861.
Beberapa gambar dan teks diterbitkan semula dari Internet, dan hak cipta adalah milik pengarang asal. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadam.