В исследовании описывается новая портативная система сбора и очистки воды с использованием солнечной энергии и полимерного оригами, которая позволяет собирать и очищать воду с очень низкими затратами.
В связи с ростом населения, индустриализацией, загрязнением и истощением природных ресурсов нашей планеты , во всем мире растет спрос на чистую воду . Солнечная пароочистка — это технология, при которой солнечная энергия используется для очистки воды путем испарения загрязненной воды , ее повторной конденсации и получения чистой свежей воды . Эта технология является чистой, возобновляемой и устойчивой, и она потенциально может решить проблему глобального дефицита чистой воды за счет использования обилия солнечной энергии. Мощность и эффективность системы солнечной пароочистки зависят от ее конструкции и выбора фототермических материалов. Современные технологии солнечной пароочистки используют дорогостоящие, громоздкие материалы, имеют низкую эффективность и ограниченную производительность. Задача повышения производительности и снижения затрат для создания легкой и портативной системы солнечной пароочистки, которую можно было бы использовать непосредственно людьми, остается актуальной.
В новом исследовании, опубликованном 28 мая в журнале Advanced Materials, исследователи описывают новый метод получения пара с помощью солнечной энергии, разработав недорогую портативную систему сбора пара под низким давлением , которая может собирать и очищать воду, используя энергию солнечного света. Они выбрали фототермический полимерный материал под названием полипиррол (PPy), который обладает проводимостью, хорошо известен своими фототермическими свойствами и демонстрирует высокую эффективность преобразования солнечного света в тепло. Вдохновленная цветком розы, уникальная конструкция этой системы получения пара с помощью солнечной энергии выполнена из трехмерных композитов PPy-бумага, напоминающих оригами. «Розка из PPy», состоящая из многослойных черных листов в форме лепестков, была создана путем складывания оригами и химической полимеризации PPy. Эта структура оригами прикреплена к трубке из хлопка, напоминающей стебель, которая собирает неочищенную воду из источника и подает ее в структуру розы из PPy, расположенную сверху. Для предотвращения прямого контакта материала PPy с водой использовались трубка из хлопка и пенополистирол.
Когда неочищенная вода попадает на лепестки, полипиррол (PPy) в структуре цветка превращает воду в пар, и примеси естественным образом отделяются от воды. Затем водяной пар необходимо сконденсировать, после чего чистую воду необходимо собрать для дальнейшего использования. Исследователи использовали условия низкого давления с помощью портативного вакуумного насоса. Было замечено, что это значительно увеличивает скорость как испарения воды, так и ее сбора. После конденсации воды компактный и прочный стеклянный сосуд надежно хранит чистую воду.
Трехмерные оригами обеспечили значительно более высокое поглощение света и увеличенную площадь поверхности для испарения воды по сравнению с традиционной двухмерной плоской конструкцией. Скорость испарения и сбора воды увеличилась на 52 процента благодаря снижению давления в камере. Оригами из полипиррола (PPy) улучшило испарение воды на 71 процент, а также наблюдалась более высокая скорость сбора пара. Общая эффективность системы увеличилась на 91.5 процента при использовании одного источника света. Система была протестирована на образце из реки Колорадо в Техасе, США. Система удалила загрязнения воды в виде тяжелых металлов, бактерий, соли и снизила щелочность, обеспечивая получение чистой питьевой воды, соответствующей стандартам ВОЗ.
Настоящее исследование описывает новый рациональный дизайн портативной недорогой системы сбора пара с использованием солнечного пара с использованием фототермических материалов 3D оригами, которая обеспечивает улучшенные скорости испарения воды и сбора пара. Стоимость каждой подобной цветку конструкции составляет менее 2 центов, и она может успешно производить 2 литра чистой воды в час на квадратный метр. Этот дизайн может стать источником вдохновения для создания уникальных моделей солнечных батарей для производства чистой воды.
{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}
Источник (ы)
Ли В. и др. 2019. Портативная система сбора паром на солнечных батареях низкого давления с полипирролом Origamis. Современные материалы. http://doi.org/10.1002/adma.201900720
