Սև տեխնոլոգիա. Երբ արևը փայլում է, մաքուր ջուրը հասանելի է: Այս զարմանալի նյութը մենք բացահայտում ենք ձեզ:

Քաղցրահամ ջրի պակասը սոցիալական զարգացման համար ավելի ու ավելի լուրջ մարտահրավեր է դառնում: Հաղորդվում է, որ աշխարհի բնակչության 29%-ը զուրկ է անվտանգ խմելու ջրից, և մաքուր ջրի պահանջարկը դեռևս աճում է բնակչության աճի և շրջակա միջավայրի հետ կապված խնդիրների պատճառով: Սանիտարական պայմանների հետ կապված մաքուր ջուրը հատկապես կարևոր է կորոնավիրուսային հիվանդության (նեոկորոնավիրուսային թոքաբորբ) ներկայիս բռնկման համատեքստում: Արևային էներգիայով ջրի գոլորշիացումը համարվում է ծովի ջրից և կեղտաջրերից մաքուր ջուր ստանալու ամենախոստումնալից տեխնոլոգիաներից մեկը՝ օգտագործելով արևի լույսը որպես միակ էներգիայի աղբյուր: Տեխնոլոգիան մեծապես կախված է արևային կլանիչներից, որոնք գործում են որպես գոլորշիացնողներ՝ արևային էներգիան ջերմության վերածելու համար՝ գոլորշի արտադրելու համար: Ջրի գոլորշիացման բարձր տեմպերի և արևային ջերմության փոխակերպման արդյունավետության հասնելու համար իդեալական նյութը պետք է ունենա կլանման լայն դիապազոն՝ արևային սպեկտրի մեծ մասը արդյունավետորեն օգտագործելու համար, ցածր ջերմային հաղորդունակություն՝ ջերմության կորուստը ճնշելու համար, և եռաչափ (3D) ծակոտկեն ալիքներ՝ ջրի արդյունավետ փոխադրման համար: Մինչ օրս գիտնականները մշակել են տարբեր լուսաջերմային նյութեր՝ հիմնված ածխածնի (օրինակ՝ գրաֆեն կամ ածխածնային նանոխողովակներ), պոլիմերների, մետաղների և մետաղական օքսիդների և դրանց հիբրիդների վրա և այլն:

Վերջին տարիներին գիտնականները մեծ ջանքեր են գործադրել բազմաթիվ նորարարություններ ուսումնասիրելու և առաջընթաց գրանցելու համար, ուստի եկեք մի քանի թեմատիկ հրապարակումներից իմանանք վերջին տարիներին ֆոտոթերմային մաքուր ջրի ստացման ոլորտում հետազոտությունների առաջընթացի մասին։

1. Nature Communications. Բույսերի տերևները ոգեշնչում են արևային էներգիայով աշխատող, բարձր արդյունավետությամբ ջրի մաքրող միջոցի ստեղծումը

Բնական անոթավոր բույսերի տերևները հիմնվում են օսմոտիկ ճնշման, տրանսպիրացիայի և արտազատման տարբերությունների վրա՝ արևի լույսի ուժով տոննաներով մաքուր ջուր արտադրելու համար: Դրանից ոգեշնչված՝ Ցինհուա համալսարանի Չուն Լիի խմբի հետազոտողները ներկայացրել են արևի լույսով աշխատող մաքրիչ՝ ջրի արդյունավետ մաքրման և արտադրության համար: Այս արևի լույսով աշխատող մաքրիչն ունի բացասական ջերմաստիճանին արձագանքող պոլի(N-իզոպրոպիլակրիլամիդ) հիդրոգել (PN), որը ամրացված է գերհիդրոֆիլ մելամինային փրփուրի հիմքի վրա և արտաքինից պատված է PNIPAm-մոդիֆիկացված գրաֆենի (PG) ֆիլտրի թաղանթով: Մոլեկուլային դինամիկայի մոդելավորումները և փորձարարական արդյունքները ցույց են տվել, որ համեմատաբար կոշտ մելամինային հիմքի գերհիդրոֆիլ բնույթը զգալիորեն արագացրել է PNPG-F մաքրիչի այտուցման/այտուցվածության արագությունը: Նույն արևի լույսի ինտենսիվության ճառագայթման տակ այս ռացիոնալ նախագծված կառուցվածքը ապահովել է 4.2 կգ/մ2/ժ հավաքում և > 99% իոնների հեռացում մեկ PNPG-F-ի համար աղաջրային սնուցման միջոցով՝ գոլորշիացման և կաթիլային ավելացման սիներգետիկ ազդեցությունների միջոցով: Հեղինակը նախատեսում է այս բարձր արդյունավետ արևի լույսով աշխատող համակարգի մեծ պոտենցիալ կիրառություններ ջրի մաքրման տարբեր կիրառություններում: Ուսումնասիրությունը հրապարակվել է «Բույսերի տերևները ոգեշնչել են արևի լույսով աշխատող մաքրող միջոց՝ բարձր արդյունավետությամբ մաքուր ջրի արտադրության համար» վերնագրով հոդվածի տեսքով «Nature» ամսագրում։

2. Գիտական ​​առաջընթացներ. Լույս կլանող հիդրոգելերի բարձր խոնավեցնող պոլիմերային ցանցեր արևային ջրի մաքրման համար

Արևային ջրի գոլորշիացումը ջրի մաքրման համար խոստումնալից տեխնոլոգիա է քաղցրահամ ջրի արտադրության համար: Այնուամենայնիվ, արևային գոլորշու արտադրությունը էներգատար է, ինչը հանգեցնում է ջրի ցածր արտադրության բնական ցերեկային լույսի պայմաններում: Հետևաբար, մեծ անհրաժեշտություն կա մշակելու նոր նյութեր, որոնք կարող են նվազեցնել ջրի գոլորշիացման էներգիայի պահանջարկը և արագացնել արևային ջրի մաքրումը: Պրոֆեսոր Գուիհուա Յուի խումբը Օսթինում, Տեխաս, ԱՄՆ, ներկայացրել է բարձր հիդրատացված լույս կլանող հիդրոգել (h-LAH), որը բաղկացած է պոլիվինիլային սպիրտից և քիտոզանից՝ որպես հիդրատացիոն հիմք, և պոլիպիրոլից՝ որպես լույս կլանիչ, որը կարող է օգտագործել ավելի քիչ էներգիա (< ջրի ծավալի 50%-ը) ջուրը գոլորշիացնելու համար: Ապացուցվել է, որ h-LAH-ի հիդրատացիոն հզորության մեծացումը կարող է փոխել ջրի վիճակը և մասամբ ակտիվացնել ջուրը, դրանով իսկ նպաստելով ջրի գոլորշիացմանը: h-LAH-ը մեծացրել է արևային գոլորշու արտադրությունը մինչև ռեկորդային արագություն՝ մոտ 3.6 կգ/մ2/ժ 1 արևի տակ: h-LAH-ի վրա հիմնված արևային ջրի գոլորշիացումը նաև ցուցաբերել է երկարատև դիմացկունություն և հակաաղտոտող հատկություններ բարդ իոնային աղտոտիչների դեմ: Հետազոտությունը հրապարակվել է «Բույսերի տերևները ոգեշնչել են արևի լույսով աշխատող մաքրող միջոց՝ բարձր արդյունավետությամբ մաքուր ջրի արտադրության համար» վերնագրով հոդվածում «Science Advances» գիտական ​​ենթաժուռնալում։

3. Angew: COF նյութեր՝ գերհիդրոֆիլությամբ և լայն ալիքի լույսի կլանմամբ՝ ֆոտոթերմային ջրի գոլորշիացման համար։

Ծակոտկեն օրգանական պոլիմերների բնորոշ հիդրոֆոբիկությունը և լույսի սահմանափակ կլանումը, հատկապես մոտ-ինֆրակարմիր (NIR) տիրույթում, երկու խոչընդոտ են, որոնք խոչընդոտում են դրանց կիրառմանը արևային գոլորշու արտադրության (SSG) մեջ: Ցզիլին համալսարանի Սյաոլի Յանի խմբի հետազոտողները մշակել են կովալենտ օրգանական շրջանակ (COF)՝ հիմնված 1,4,5,8 տետրակիս(ֆենիլամինո)անտրացեն-9,10-դիոնի (TPAD) (TPAD-COF) վրա, որը բնութագրվում է գերհիդրոֆիլությամբ և լույսի լայն կլանմամբ՝ ծածկելով SSG-ն ամբողջ ուլտրամանուշակագույն/տեսանելի NIR տիրույթից: TPAD-COF-ը, որպես արդյունավետ ֆոտոթերմային փոխակերպման նյութ՝ առանց որևէ հավելումների, ցուցաբերում է 1.42 կգ/մ2/ժ ջրի գերազանց գոլորշիացում և հասնում է 94% բարձր էներգիայի փոխակերպման արդյունավետության մեկ արևային ինտենսիվության ճառագայթման տակ: TPAD-ի վրա հիմնված COF լույսի կլանման տիրույթի հետագա ընդլայնումը իրականացվել է քելացված BF2 մոլեկուլների հետսինթետիկ մոդիֆիկացիայի միջոցով: Համակարգված վերահսկողական փորձերը և վերլուծությունները հաստատում են, որ ֆոտոթերմային փոխակերպման նյութի հիդրոֆիլությունն ավելի գերիշխող դեր է խաղում ֆոտոթերմային ջրի գոլորշիացման համար օգտագործվող TPAD-ի վրա հիմնված COF-ներում: «Գերհիդրոֆիլ 2D կովալենտ օրգանական շրջանակները որպես լայնաշերտ կլանիչներ արդյունավետ արևային գոլորշու արտադրության համար» վերնագրով հետազոտական ​​աշխատանքը հրապարակվել է Angewise միջազգային առաջատար ամսագրում: Աշխատանքը հրապարակվել է Angew. Chem. Int. Ed. միջազգային առաջատար ամսագրում:

4. JACS: Հիդրոֆիլ-հիդրոֆոբ կրկնակի շրջանի COF/գրաֆենային հիդրոգել ֆոտոթերմային ջրի գոլորշիացման համար

Արևային ջրի գոլորշիացումը կայուն ջրի մաքրման տեխնոլոգիա է, որը կարող է օգնել մեղմել համաշխարհային ջրի սակավությունը: Այնուամենայնիվ, այս տեխնոլոգիան մեծ մարտահրավերների է բախվում՝ բարձր էներգիայի սպառման և ջրի գոլորշիացման ցածր գոլորշիացման արագության պատճառով: Գերմանիայի Բեռլինի տեխնիկական համալսարանի պրոֆեսոր Արնե Թոմասի խումբը ներկայացնում է կովալենտ օրգանական շրջանակի (COF)/գրաֆենի կրկնակի շրջանային հիդրոգելի մասին, որը պարունակում է ինչպես հիդրոֆիլ, այնպես էլ հիդրոֆոբ շրջաններ մեկ նյութում՝ պարզ տեղում աճեցման ռազմավարության միջոցով: Հիդրոֆիլ COF-ը ծածկում է հիդրոֆոբ գրաֆենի շրջանի մի մասը: Երկու թրջող շրջանների ճշգրիտ վերահսկման միջոցով հիբրիդային հիդրոգելը ցույց է տալիս լույսի արդյունավետ կլանում, կարգավորելի թրջելիություն, օպտիմալացված ջրի պարունակություն և ջրի գոլորշիացման համար էներգիայի պահանջարկի նվազում: Որպես արևային կլանիչ, կրկնակի շրջանային հիդրոգելը հասնում է մինչև 3.69 կգ/մ2/ժ գոլորշու առաջացման արագության 1 արևային ճառագայթման համար (1 կՎտ/մ2), որը համեմատելի է այլ առաջադեմ նյութերի հետ: Բացի այդ, այս հիդրոգելային գոլորշիացնողը կարող է օգտագործվել ծովի ջրից և կոյուղուց խմելու ջուր արտադրելու համար՝ ցույց տալով ջրի մաքրման ներուժը: Հետազոտական ​​աշխատանքը հրապարակվել է JACS ամսագրում՝ որպես «Կովալենտ օրգանական շրջանակ/գրաֆենային կրկնակի շրջանի հիդրոգել արևային էներգիայով աշխատող ջրի արտադրության բարելավման համար» (JACS), որը առաջատար միջազգային ամսագիր է։

5. Գիտական ​​առաջընթացներ. Ջրաշուշանի թևերի կառուցվածքից ոգեշնչված բարձր արդյունավետությամբ ֆոտոթերմային ջրային գոլորշիացուցիչ

Վերջին տարիներին միջերեսային արևային գոլորշու առաջացումը մեծ ներուժ է ցուցաբերել աղազրկման և կեղտաջրերի մաքրման համար էներգիայի բարձր փոխակերպման արդյունավետության հասնելու գործում: Այնուամենայնիվ, բարձր գոլորշիացման արագությունը չի կարող պահպանվել արևային կլանիչի վրա աղտոտվածության կամ աղի անխուսափելի կուտակման պատճառով: Քայքայումը արագանում է լուծված նյութի կոնցենտրացիայի աճին զուգընթաց: Այս խնդիրը լուծելու համար Նանկինի համալսարանի պրոֆեսոր Ցզյա Չժուի խումբը, ոգեշնչվելով ջրաշուշանի տերևների կառուցվածքից, նախագծել է բազմաստիճան կառուցվածքի (Ջրաշուշանից ոգեշնչված հիերարխիկ կառուցվածք (ՋՀԿ) ֆոտոթերմային գոլորշու փոխակերպման սարք), որը կարող է հասնել 80% ֆոտոթերմային փոխակերպման արդյունավետության՝ բարձր կոնցենտրացիայի աղաջրի 10 զանգվածային%-ը և կեղտաջրերի 30 զանգվածային%-ը մշակելիս: Հարկ է նշել, որ ֆոտոթերմային փոխակերպման արդյունավետությունը զգալիորեն չի նվազում բարձր կոնցենտրացիայի աղաջրի և կեղտաջրերի մշակման ընթացքում, մինչև գոլորշիացումը չի ավարտվում (այսինքն՝ «զրոյական արտանետում»), և մակերեսը մնում է մաքուր: Աշխատանքը հրապարակվել է Science Advance-ում՝ «Ջրաշուշանից ոգեշնչված հիերարխիկ նախագծում բարձր աղիության աղաջրի կայուն և արդյունավետ արևային գոլորշիացման համար» վերնագրով:

6. Նանոէներգիա. մոլիբդենի դիսուլֆիդ՝ ֆոտոթերմային ջրի գոլորշիացման համար

Դիքին համալսարանի սահմանային նյութերի ինստիտուտի Լիֆենգ Վանի խմբի հետազոտողները մշակել են անցումային մետաղների դիսուլֆիդային և ազոտով հարուստ նիտրիդային հետերոկառուցվածքների շարք՝ արևային ջրի գոլորշիացման համար՝ մասնակի բյուրեղային փոխակերպման միջոցով: Մասնավորապես, այս առաջադեմ 2D ​​հետերոկառուցվածքները ցուցաբերում են սպեկտրալ կլանման բարձրացում ինֆրակարմիր տիրույթում և գերազանց քիմիական կայունություն տարբեր լուծույթներում, այդ թվում՝ ջրում, թթուներում և հիմքերում: Ավելի կարևոր է, որ սպեկտրալ կլանման ինտենսիվության բարձրացման և ջերմության կորստի նվազեցման շնորհիվ MoS2-Mo5N6/ մելամինային փրփուրի (ՄՓ) արևային ջերմային սարքը ցուցաբերում է բարձր գոլորշիացման արագություն (2.31 կգ մ-2ժ-1) և փոխակերպման արդյունավետություն (106.6%), որոնք համապատասխանաբար 1.4 և 4.7 անգամ ավելի բարձր են, քան MoS2/ՄՓ և ՄՓ/ջուր արևային սարքերինը: Այս աշխատանքը ներկայացնում է առաջադեմ 2D-2D TMD-ներ-ազոտով հարուստ նիտրիդային հետերոկառուցվածքների շարք՝ արևային ջրի արտադրության համար գերազանց լուսաջերմային կատարողականությամբ: Այս աշխատանքը հրապարակվել է Nano energy-ում, որը միջազգային առաջատար ամսագիր է, որպես «Անցումային մետաղների դիխալկոգենիդների և ազոտով հարուստ նիտրիդների առաջադեմ 2D-2D հետերոկառուցվածքներ արևային ջրամատակարարման համար» վերնագիր։

Արևային ֆոտոթերմային ջրի գոլորշիացման տեխնոլոգիան, ինչպես սպասվում է, կլուծի մաքուր ջրի համաշխարհային պակասի խնդիրը։ Այժմ անհրաժեշտ է լուծել ֆոտոթերմային նյութերի ցածր գնով պատրաստման, բարձր արդյունավետության շահագործման, ինչպես նաև գործնական կիրառման միջավայրերում օգտագործման կայունության և փոխադրելիության խնդիրը՝ ակնկալելով ապագայում ավելի շատ արդյունքներ՝ ողջ մարդկության վաղ օգտի համար։

Մելամինի փրփուրի մասին լրացուցիչ տեղեկությունների համար խնդրում ենք կապվել մեզ հետ [email protected] հասցեով կամ զանգահարել մեզ՝ +86-28-8411-1861:

Որոշ նկարներ և տեքստեր վերարտադրված են ինտերնետից, իսկ հեղինակային իրավունքները պատկանում են բնօրինակ հեղինակին: Եթե ​​կա որևէ խախտում, խնդրում ենք կապվել մեզ հետ ջնջելու համար: