Undersøgelse beskriver en ny bærbar sol-dampende opsamlingssystem med polymer origami som kan opsamle og rense vand til en meget lav pris
Der er en stigende global efterspørgsel efter rent vand på grund af befolkningstilvækst, industrialisering og forurening og udtømning af vores planetens naturressourcer. Solar-dampning er en teknik, hvor solenergi kan bruges til at rense vand ved at fordampe forurenet vand, genoptætter det og producerer friskt rent vand. Denne teknik er en ren, vedvarende og bæredygtig grøn teknologi, som har potentialet til at imødegå global knaphed på rent vand ved at udnytte overfloden af sol energi. Styrken og effektiviteten af en sol-dampningssystem afhænger af dets design og valg af fototermiske materialer. Nuværende sol-dampningsteknologier bruger dyre, omfangsrige materialer og har lav effektivitet og begrænset output. Det har været en udfordring at forbedre ydeevnen og sænke omkostningerne for at designe en letvægts og bærbar sol-dampningssystem som kan bruges direkte af enkeltpersoner.
I en ny undersøgelse offentliggjort den 28. maj i Advanced Materials forskere beskriver en ny metode til sol dampning ved at designe en billig bærbar lavtryksstyret sol dampopsamlingssystem som kan opsamle og rense vand ved at bruge energi fra sollys. De valgte et fototermisk polymermateriale kaldet Polypyrrole (PPy), som er ledende i naturen, er kendt for dets fototermiske egenskaber og udviser høj effektivitet til at omdanne sollys til termisk varme. Inspireret af blomsterrosen er det unikke design af dette soldampende system lavet af 3D origami PPy-papirkompositter. En 'PPy rose', der består af lagdelte sorte ark formet som kronblade, blev skabt via origamifoldning og kemisk polymerisering af PPy. Denne origami-struktur er fastgjort til et stængellignende bomuldsinfunderet rør, som opsamler råt/ubehandlet vand fra en vandkilde og fører det til PPy-rosestrukturen placeret på toppen. Bomuldsinfunderet rør og polystyrenskum blev brugt til at forhindre direkte kontakt mellem PPy-materiale og bulkvand.
En gang ubehandlet vand nåede kronbladene, PPy materiale i blomsterstrukturen vender vand til damp og urenheder adskilles naturligt fra vandet. Efterfølgende skal vanddampen kondenseres, og derefter skal rent vand opsamles til brug. Forskere brugte en lavtrykstilstand ved at bruge en bærbar vakuumpumpe. Dette blev set at øge hastighederne for både vandfordampning og vandopsamling betydeligt. Når vandet er kondenseret, opbevarer det kompakte og robuste opsamlingsglas rent vand sikkert.
3D-origamierne gav betydeligt højere absorption af lys og forbedrede overfladeområder til vand fordampning sammenlignet med et konventionelt 2D plan design. Vandfordampnings- og opsamlingshastigheden er øget med 52 procent på grund af sænkning af kammertrykket. PPy origami forbedrede vandfordampningen med 71 procent og højere dampopsamlingshastigheder blev også set. Systemets samlede effektivitet steg med 91.5 procent under én lyskilde. Systemet blev testet på en prøve fra Colorado-floden i Texas, USA. Systemet fjernede forurening af vand i form af tungmetaller, bakterier, salt og lindrer alkalinitet, der producerer rent vand af drikkestandarder som fastsat af WHO.
Den nuværende undersøgelse beskriver et nyt rationelt design af et bærbart, billigt solar-dampopsamlingssystem med 3D origami fototermiske materialer, som tilbyder forbedrede hastigheder for vandfordampning og dampopsamling. Prisen for hver blomsterlignende struktur er mindre end 2 cent, og den kan med succes producere 2 liter rent vand i timen per kvadratmeter. Dette design kan være en inspiration til at fremstille unikke modeller af soldampning til produktion af rent vand.
***
{Du kan læse den originale forskningsartikel ved at klikke på DOI-linket nedenfor på listen over citerede kilder}
Kilde (r)
Li, W. et al. 2019. Bærbart Low-Pressure Solar Steaming-Collection Unisystem med Polypyrrole Origamis. Avancerede materialer. http://doi.org/10.1002/adma.201900720
