Разработан материал, который использует солнце, чтобы превратить морскую воду в питьевую

Ученые создали губчатый материал с удлиненными микроскопическими воздушными порами, который способен преобразовывать соленую воду в пресную с помощью солнечного света и обычной пластиковой крышки. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Energy Letters. Проведенный на открытом воздухе эксперимент подтвердил работоспособность этой технологии: при естественном солнечном освещении материал успешно произвел питьевую воду, что приближает к созданию энергоэффективного и экологичного метода опреснения.

Это не первый случай, когда исследователи разрабатывают губчатые материалы, использующие солнечную энергию как устойчивый способ очистки или опреснения воды. Например, ранее был создан гидрогель с полимерами, размещенными внутри его пор. Его испытали на воде, загрязненной хромом, и при нагревании солнечным светом он быстро испарял воду, превращая ее в чистый водяной пар, пригодный для сбора. Однако гидрогели по своей природе мягкие и насыщены жидкостью, в то время как аэрогели – более твердые материалы с сухими порами, способными проводить жидкую воду или пар.

Хотя аэрогели тоже рассматривались как кандидаты для опреснения, они сталкиваются с проблемой снижения эффективности испарения по мере увеличения размера. Поэтому исследователи поставили задачу создать пористый аэрогель, который сохранял бы высокую производительность при разных масштабах. Ученые создали пасту, содержащую углеродные нанотрубки и целлюлозные нановолокна, и с помощью 3D-принтера нанесли ее на замороженную поверхность. Каждый слой успевал застыть перед нанесением следующего, благодаря чему формировался пористый материал с равномерно распределенными вертикальными каналами шириной около 20 микрометров. При испытаниях образцов различного размера – от 1 до 8 сантиметров – выяснилось, что даже более крупные куски материала испаряли воду с такой же эффективностью, как и небольшие, что подтверждает стабильность производительности при увеличении масштаба.

Во время полевого испытания исследователи поместили губчатый материал в емкость с морской водой и накрыли ее прозрачной изогнутой пластиковой крышкой. Под воздействием солнечного света верхняя часть материала нагревалась, вызывая испарение только воды, без соли. Образовавшийся водяной пар конденсировался на внутренней стороне крышки, а затем стекал к ее краям. Оттуда очищенная вода капала в воронку и далее в контейнер, установленный под чашкой. За 6 часов под естественным солнечным светом система смогла получить примерно 3 столовые ложки пресной воды.