Тұщы су тапшылығы әлеуметтік дамуға барған сайын күрделі мәселе болып отыр. Дүние жүзіндегі халықтың 29%-ында қауіпсіз ауыз су жетіспейтіні және халық санының өсуіне және экологиялық мәселелерге байланысты таза суға деген сұраныс әлі де артып отыр. Санитарияға байланысты таза су, әсіресе, коронавирустық аурудың (неокоронавирустық пневмония) қазіргі өршуі жағдайында маңызды. Күн энергиясымен суды булану теңіз суы мен ағынды сулардан таза су алудың жалғыз энергия көзі ретінде күн сәулесін пайдаланудың ең перспективалы технологияларының бірі болып саналады. Технология негізінен бу шығару үшін күн энергиясын жылуға түрлендіру үшін буландырғыш ретінде әрекет ететін күн жұтқыштарына сүйенеді. Судың жоғары булану жылдамдығына және күн жылуын түрлендірудің тиімділігіне қол жеткізу үшін идеалды материалда күн спектрінің үлкен бөлігін тиімді пайдалану үшін сіңірудің кең диапазоны, жылу жоғалуын басу үшін төмен жылу өткізгіштік және тиімді суды тасымалдау үшін үш өлшемді (3D) кеуекті арналар болуы керек. Осы уақытқа дейін ғалымдар көміртегі (мысалы, графен немесе көміртекті нанотүтіктер), полимерлер, металдар мен металл оксидтері және олардың гибридтері және т.б. негізінде әртүрлі фототермиялық материалдарды әзірледі.
Ғалымдар соңғы жылдары зерттеу және көптеген жетістіктерге жету үшін көп жұмыс істеуде, сондықтан соңғы жылдардағы фототермальды таза суды өндірудегі зерттеулердің барысы туралы бірнеше өзекті басылымдардан білейік.
- Табиғат коммуникациялары: Өсімдік жапырақтары күннен қуат алатын, жоғары тиімді су тазартқышты шабыттандырады.
Табиғи тамырлы өсімдіктердің жапырақтары осмостық қысымның, транспирацияның және бөлінудің айырмашылығына сүйеніп, күн сәулесімен қуаттандырылған тонналап таза су өндіреді. Осыдан шабыттанған Цинхуа университетіндегі Чун Ли тобының зерттеушілері суды тиімді тазарту және өндіру үшін күн сәулесімен жұмыс істейтін тазартқыш туралы хабарлады. Бұл күн сәулесімен жұмыс істейтін тазартқышта супергидрофильді меламин көбікті негізіне бекітілген және сыртынан PNIPAm-модификацияланған графен (PG) сүзгі мембранасымен қапталған теріс температураға сезімтал поли(N-изопропилакриламид) гидрогель (PN) бар. Молекулалық динамиканы модельдеу және эксперименттік нәтижелер салыстырмалы түрде қатты меламин негізінің супергидрофильді сипаты PNPG-F тазартқышының ісіну/ісіну жылдамдығын айтарлықтай жылдамдататынын көрсетті. Дәл сол күн сәулесінің қарқындылығымен сәулелену кезінде бұл рационалды түрде жасалған құрылым булану мен тамшылатып қосудың синергетикалық әсерлері арқылы тұзды судан бір PNPG-F үшін 4.2 кг/м2/сағ жинауды және > 99% иондарды кетіруді қамтамасыз етті. Автор бұл жоғары тиімді күн сәулесімен басқарылатын жүйені суды тазартудың әртүрлі қолданбаларында қолданудың үлкен әлеуетін болжайды. Зерттеу Nature журналының Nature communications бөлімшесінде «Өсімдік жапырақтары жоғары тиімді таза су өндіру үшін күн сәулесімен басқарылатын тазартқыштан шабыттанды» атты мақала ретінде жарияланды.
- Ғылымның жетістіктері: Күн суын тазартуға арналған жарықты сіңіретін гидрогельдердің жоғары гидратациялы полимерлі желілері
Суды тазарту үшін күн суының булануы тұщы су өндірудің перспективалық технологиясы болып табылады. Дегенмен, күн буының генерациясы энергияны көп қажет етеді, нәтижесінде табиғи күндізгі жарық кезінде су аз өндіріледі. Сондықтан судың булануы үшін энергия қажеттілігін азайтатын және күн сәулесімен суды тазартуды тездететін жаңа материалдарды әзірлеу қажеттілігі өте жоғары. Профессор Гуйхуа Юдың Остиндегі (Техас, АҚШ) тобы суды буландыру үшін аз энергияны (су көлемінің < 50%) жұмсай алатын гидратация негізі ретінде поливинил спирті мен хитозаннан және жарық сіңіргіш ретінде полипирролдан тұратын жоғары ылғалдандырылған жарық сіңіретін гидрогельді (h-LAH) хабарлады. h-LAH гидратация қабілетін арттыру судың күйін өзгертуі және суды ішінара белсендіруі, осылайша судың булануын жеңілдетуі мүмкін екендігі көрсетілді. h-LAH күн буының өндірісін 3.6 күнде ~2 кг/м1/сағ рекордтық көрсеткішке дейін арттырды. h-LAH негізіндегі күн суының булануы күрделі ионды ластаушыларға қарсы ұзақ мерзімді төзімділік пен ластанудан қорғау қасиеттерін көрсетті. Зерттеу Science Subjournal Science Advances журналында «Өсімдік жапырақтары жоғары тиімді таза су өндіру үшін күн сәулесінің әсерінен тазартқыш шабыттандырды» деген мақалада жарияланған.
- Angew: судың фототермиялық булануы үшін супергидрофильділігі және кең толқын ұзындығы жарықты сіңіруі бар COF материалдары
Кеуекті органикалық полимерлердің, әсіресе жақын инфрақызыл (NIR) аймағындағы тән гидрофобтылығы және шектеулі жарықты сіңіруі, оларды күн буын өндіруде (ССГ) қолдануға кедергі келтіретін екі кедергі болып табылады. Цзилинь университетіндегі Сяоли Ян тобының зерттеушілері 1,4,5,8 тетракис(фениламино)антрацен-9,10-дион (TPAD) (TPAD-COF) негізіндегі ковалентті органикалық құрылымды (COF) әзірледі, ол супергидрофильділігімен және NIR-дан көрінетін барлық аймақты қамтитын кең жарықты сіңіруімен сипатталады. TPAD-COF ешқандай қоспасыз тиімді фототермиялық түрлендіру материалы ретінде судың 1.42 кг/м2/сағ тамаша булануын көрсетеді және бір күн қарқындылығымен сәулелену кезінде 94% жоғары энергияны түрлендіру тиімділігіне қол жеткізеді. TPAD негізіндегі COF жарықты сіңіру диапазонын одан әрі кеңейтуге хелатталған BF2 молекулаларының постсинтетикалық модификациясы арқылы қол жеткізілді. Жүйелі бақылау эксперименттері мен талдаулар фототермиялық түрлендіру материалының гидрофильділігі фототермиялық суды булану үшін қолданылатын қазіргі TPAD негізіндегі COF-де басымырақ рөл атқаратынын растайды. «Супергидрофильді 2D ковалентті органикалық құрылымдар тиімді күн буын өндіру үшін кең жолақты абсорберлер» деп аталатын зерттеу жұмысы жоғары деңгейдегі халықаралық Angewise журналында жарияланды. Жұмыс халықаралық Angew журналында жарияланған. Химия. Int. Ред.
- JACS: суды фототермиялық булануға арналған гидрофильді-гидрофобты қос аймақты COF/графен гидрогелі
Күн суының булануы – жаһандық су тапшылығын жеңілдетуге көмектесетін суды тазартудың тұрақты технологиясы. Дегенмен, бұл технология жоғары энергия тұтыну және судың булануының төмен булану жылдамдығына байланысты үлкен қиындықтарға тап болады. Берлин техникалық университетіндегі профессор Арне Томас тобы қарапайым in situ өсу стратегиясы арқылы бір материалда гидрофильді және гидрофобты аймақтарды қамтитын ковалентті органикалық құрылым (COF)/графен қос аймақты гидрогель туралы хабарлайды. Гидрофильді COF гидрофобты графен аймағының бір бөлігін қамтиды. Екі сулану аймағын дәл бақылау арқылы гибридті гидрогель тиімді жарық жинауды, реттелетін сулануды, оңтайландырылған су мазмұнын және суды булану үшін энергияны азайтуды көрсетеді. Күн жұтқышы ретінде қос аймақты гидрогель 3.69 күн сәулесі (2кВт/м1) үшін 1 кг/м2/сағ дейін бу түзілу жылдамдығына жетеді, бұл басқа жетілдірілген материалдармен салыстыруға болады. Сонымен қатар, бұл гидрогельді буландырғышты теңіз суы мен ағынды сулардан ауыз су өндіру үшін пайдалануға болады, бұл суды тазарту әлеуетін көрсетеді. Зерттеу жұмысы JACS журналында «A Covalent Organic Framework/Graphene Dual-Region Hydrogel for Enhanced Solar-Driven Water Generation» журналында жарияланды, JACS, жетекші халықаралық журнал.
- Ғылымдағы жетістіктер: су лалагүлінің құрылымы шабыттандырылған жоғары тиімді фототермалды суды буландырғыш
Соңғы жылдары фазааралық күн буының генерациясы тұзсыздандыру және сарқынды суларды тазарту үшін энергияны түрлендірудің жоғары тиімділігіне қол жеткізуде үлкен әлеуетті көрсетті. Дегенмен, күн сіңіргіште ластану немесе тұздың сөзсіз жиналуына байланысты жоғары булану жылдамдығын сақтау мүмкін емес. Еріген заттың концентрациясы жоғарылаған сайын ыдырау жылдамдайды. Бұл мәселені шешу үшін Нанкин университетіндегі профессор Цзя Чжу тобы су лалагүлінің жапырақтарының құрылымынан шабыттанып, көп сатылы құрылымды (Water-lily-Inspired Ierarchical Structure (WHS) фототермиялық-бу түрлендіру құрылғысы, ол 80% фототермиялық түрлендіру тиімділігіне қол жеткізе алады) құрастырды. ағынды сулар Жоғары концентрлі тұзды және ағынды суларды тазарту кезінде, булану аяқталғанша (яғни, «нөлдік разряд») және беті таза болып қалатынын атап өткен жөн.
- Наноэнергия: фототермиялық суды булануға арналған молибден дисульфиді
Дикин университетінің Шекара материалдары институтындағы Лифенг Ван тобының зерттеушілері күн суын ішінара кристалдық түрлендіру арқылы булауға арналған бірқатар өтпелі металл дисульфиді мен азотқа бай нитридті гетероқұрылымдарды жасап шығарды. Атап айтқанда, бұл озық 2D гетероқұрылымдар инфрақызыл диапазонда спектрлік сіңірудің жақсарғанын және су, қышқылдар және негіздер сияқты әртүрлі ерітінділерде тамаша химиялық тұрақтылықты көрсетеді. Ең бастысы, спектрлік сіңіру қарқындылығының жоғарылауына және жылу шығынының азаюына байланысты MoS2-Mo5N6/ меламин көбігі (MF) күн термиялық құрылғысы жоғары булану жылдамдығын (2.31 кг м-2сағ-1) және түрлендіру тиімділігін (106.6%) көрсетеді, бұл MoS2/MF және MF/су күн құрылғыларына қарағанда сәйкесінше 1.4 және 4.7 есе жоғары. Бұл жұмыс күн суын өндіру үшін тамаша фототермиялық өнімділігі бар азотқа бай нитридті гетероқұрылымдардың бірқатар озық 2D-2D TMDs сериясын ұсынады. Бұл жұмыс халықаралық деңгейдегі жетекші журнал Nano energy журналында «Күн энергиясымен су өндіруге арналған өтпелі металл дихалкогенидтері мен азотқа бай нитридтердің озық 2D-2D гетероқұрылымдары» деген атпен жарияланды.
Күн фототермалды суды булану технологиясы таза судың жаһандық тапшылығын шешеді деп күтілуде, қазір шешуді қажет ететін нәрсе - фототермиялық материалдарды арзан дайындау, жоғары тиімділік, сонымен қатар практикалық қолдану орталарында пайдаланудың тұрақтылығы мен тасымалдануы, болашақта бүкіл адамзаттың ерте игілігі үшін көп нәтиже күтеміз!
Меламин көбігі туралы қосымша ақпарат алу үшін бізге [email protected] электрондық поштасы арқылы хабарласыңыз немесе +86-28-8411-1861 нөміріне қоңырау шалыңыз.
Кейбір суреттер мен мәтіндер интернеттен көшірілген, ал авторлық құқық түпнұсқа авторға тиесілі. Егер қандай да бір бұзушылық болса, жою үшін бізге хабарласыңыз.