Het meest recente rapport van het Intergouvernementeel Panel over klimaatverandering van de Verenigde Naties schetst een somber beeld voor de watervoorziening in de wereld:van de 7,8 miljard mensen op aarde hebben er ongeveer 4 miljard geen toegang tot voldoende schoon water gedurende minstens een maand per jaar. Hoewel er verschillende waterzuiveringsschema's zijn voorgesteld, falen ze consequent op een kritiek punt - meestal zijn ze niet stabiel, groot of winterhard genoeg voor toepassingen in de echte wereld, volgens onderzoekers van het Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences en Xiamen University in China die het probleem mogelijk hebben opgelost.

Op 22 maart in Nano Research , rapporteerden de onderzoekers de details van een nieuw platform dat zonlicht gebruikt om zeewater te zuiveren met een hoge energie-efficiëntie in vergelijking met andere vergelijkbare benaderingen (meer dan 90%), terwijl ook veelvoorkomende valkuilen worden vermeden.

"Er is een enorme vraag naar zoet water in huishoudens en voor industriële, landbouw- en andere toepassingen, dus zijn er verschillende waterzuiveringstechnologieën ontwikkeld om het tekort aan zoetwaterbronnen te verminderen", zegt auteur Miao Wang van het Xiamen University's College of Materials. "Het vergelijken van de paden, zonne-aangedreven zuivering van zeewater of verontreinigd water via grensvlakverdamping is veelbelovend als een goedkoop systeem."

Dergelijke zuiveringsbenaderingen gebruiken zonlicht om water aan het oppervlak te verwarmen, de vloeistof te verdampen en de vervuilde of zoute tegenhangers van de watermoleculen te scheiden, die vervolgens als damp in de lucht ontsnappen om de natuurlijke condensatiecyclus in te gaan om schoon, consumeerbaar water te worden. Volgens de auteur van het artikel Xu Hou, Xiamen University's College of Chemistry and Chemical Engineering, en College of Physical Science and Technology, is het probleem dat pogingen om deze benadering op te schalen voor toepassing in de echte wereld zijn gehinderd door olieverontreiniging, instabiliteit, zout- kristallisatie en gecompliceerde fabricageprocessen.

"Om meer gezuiverd water te genereren onder dezelfde hoeveelheid zonlicht, hoe krijgen we meer energie om water lokaal te verwarmen om de verdampingssnelheid te verbeteren - zonder de nadelen van andere benaderingen tegen te komen?" vroeg Hou. "We hebben die vraag beantwoord en een ultrastabiel, zoutbestendig verdamperplatform ontworpen dat versnelde verdamping kan handhaven en tegelijkertijd olie kan blijven afstoten om verontreiniging te voorkomen."

De onderzoekers combineerden twee gels in een olie-in-water emulsie. Het gelmateriaal, organohydrogel genaamd, kan tussen fasen van materie verschuiven, maar is grotendeels vloeibaar in een web van moleculaire ketens. Door de organohydrogel met koolstofnanobuisjes te doseren, creëerden de onderzoekers "hotspots" die het zonlicht lokaal op het wateroppervlak kunnen concentreren, waardoor de warmteafvoer door het hele gebied wordt voorkomen. De vertakte structuur van het materiaal helpt ook de energiedissipatie te belemmeren en helpt bij de overdracht van moleculen om zoutkristallisatie te voorkomen.

De organohydrogel heeft een lage dichtheid, dus wanneer het onder het wateroppervlak wordt gedompeld, kan het weer zelf drijven voor een duurzaam verdampingsproces. Het verhoogde water omringt de verdamper, waardoor een lateraal capillair afstotingseffect ontstaat waarbij de oliemoleculen loskomen van het water dat wordt verwarmd, zoals kwik dat zich losmaakt van het glas van een thermometer.

In experimentele tests verdampte het platform ongeveer 2,4 kilogram water per vierkante meter per uur en kon het 240 uur aanhouden zonder dat extra verwijdering nodig was, zelfs in omstandigheden van "enorme olieverontreiniging", zei auteur Shutao Wang van het artikel, Chinese Academie van Wetenschappen (CAS ) Sleutellaboratorium voor bio-geïnspireerde materialen en grensvlakwetenschappen, Technisch Instituut voor Natuurkunde en Scheikunde.

"We hebben een anti-aangroei verwarmingsplatform ontwikkeld met een opmerkelijk gebruik van zonne-energie, dat een groot potentieel biedt voor praktische, door zonne-energie aangedreven waterzuivering, zelfs in zwaar vervuild water," zei Wang, "We hopen dat deze economische en milieuvriendelijke aanpak helpen bij het verder verlichten van de wereldwijde schaarste aan zoetwaterbronnen." + Verder verkennen

Nieuw nanocomposiet verbetert verdamping door de zon voor waterzuivering