Tatlı su kıtlığı, sosyal kalkınma için giderek daha ciddi bir sorun haline geliyor. Küresel nüfusun %29'unun güvenli içme suyundan yoksun olduğu ve temiz suya olan talebin nüfus artışı ve çevresel sorunlar nedeniyle hala arttığı bildiriliyor. Sanitasyonla ilişkili temiz su, mevcut koronavirüs hastalığı (Neokoronavirüs pnömonisi) salgını bağlamında özellikle önemlidir. Güneş enerjisiyle su buharlaştırma, tek enerji girişi olarak güneş ışığını kullanarak deniz suyundan ve atık sudan temiz su üretmek için en umut verici teknolojilerden biri olarak kabul edilir. Teknoloji, güneş enerjisini buhar üretmek için ısıya dönüştüren buharlaştırıcı görevi gören güneş emicilere büyük ölçüde güvenir. Yüksek su buharlaşma oranlarına ve güneş ısısı dönüşüm verimliliklerine ulaşmak için ideal malzeme, güneş spektrumunun büyük bir bölümünü verimli bir şekilde kullanmak için geniş bir absorbans aralığına, ısı kaybını bastırmak için düşük termal iletkenliğe ve verimli su taşımacılığı için üç boyutlu (3B) gözenekli kanallara sahip olmalıdır. Şimdiye kadar bilim insanları karbon (örneğin, grafen veya karbon nanotüpler), polimerler, metaller ve metal oksitler ve bunların hibritleri vb. bazlı çeşitli fototermal malzemeler geliştirdiler.
Bilim insanları son yıllarda çok sayıda araştırma ve buluşa imza atmak için yoğun çaba sarf ediyor, bu nedenle son yıllarda fototermal temiz su üretimi alanındaki araştırma ilerlemeleri hakkında güncel yayınlardan ders çıkaralım.
- Nature Communications: Bitki yaprakları güneş enerjili, yüksek verimli su arıtıcısına ilham veriyor
Doğal damarlı bitkilerin yaprakları, güneş ışığıyla çalışan ozmotik basınç, terleme ve salgılama farklılıklarına dayanarak tonlarca temiz su üretir. Bundan ilham alan Qinghua Üniversitesi'ndeki Chun Li'nin grubundaki araştırmacılar, verimli su arıtma ve üretimi için güneş ışığıyla çalışan bir arıtıcı geliştirdiler. Bu güneş ışığıyla çalışan arıtıcı, süperhidrofilik melamin köpük iskeletine tutturulmuş ve dış yüzeyinde PNIPAm ile modifiye edilmiş grafen (PG) filtre membranı ile kaplanmış negatif sıcaklığa duyarlı bir poli(N-izopropilakrilamid) hidrojeli (PN) içerir. Moleküler dinamik simülasyonları ve deneysel sonuçlar, nispeten sert melamin iskeletinin süperhidrofilik yapısının, PNPG-F arıtıcısının şişme/büzülme hızını önemli ölçüde hızlandırdığını göstermiştir. Aynı güneş ışığı yoğunluğu altında, bu rasyonel olarak tasarlanmış yapı, buharlaşma ve damlama ilavesinin sinerjik etkileri sayesinde, tuzlu su beslemesinden tek bir PNPG-F için 4.2 kg/m2/h toplama ve > %99 iyon giderme sağladı. Yazar, bu son derece verimli güneş ışığıyla çalışan sistemin çeşitli su arıtma uygulamalarında büyük potansiyele sahip olduğunu öngörmektedir. Çalışma, Nature dergisinin Nature Communications alt dergisinde "Yüksek verimli temiz su üretimi için bitki yapraklarından ilham alan güneş ışığıyla çalışan arıtıcı" başlıklı bir makale olarak yayınlandı.
- Bilimsel Gelişmeler: Güneş enerjisiyle su arıtımı için ışık emen hidrojellerden oluşan yüksek oranda hidratlanabilir polimer ağları
Su arıtımı için güneş enerjisiyle su buharlaştırma, tatlı su üretimi için umut vadeden bir teknolojidir. Ancak, güneş buharı üretimi enerji yoğun bir işlemdir ve doğal gün ışığında düşük su üretimine neden olur. Bu nedenle, su buharlaştırma için enerji talebini azaltabilecek ve güneş enerjisiyle su arıtımını hızlandırabilecek yeni malzemeler geliştirmeye büyük ihtiyaç vardır. ABD, Teksas, Austin'deki Profesör Guihua Yu'nun grubu, hidrasyon omurgası olarak polivinil alkol ve kitosan ile ışık emici olarak polipirolden oluşan, suyu buharlaştırmak için daha az enerji (su hacminin %50'sinden az) kullanabilen yüksek oranda hidratlanmış ışık emici bir hidrojel (h-LAH) bildirdi. h-LAH'ın hidrasyon kapasitesinin artırılmasının suyun durumunu değiştirebileceği ve suyu kısmen aktive edebileceği, böylece suyun buharlaşmasını kolaylaştırabileceği gösterildi. h-LAH, 3.6 güneşte güneş buharı üretimini ~2 kg/m1/saatlik rekor bir orana çıkardı. h-LAH tabanlı güneş enerjisiyle su buharlaştırma, karmaşık iyonik kirleticilere karşı uzun vadeli dayanıklılık ve kirlenme önleyici özellikler de sergiledi. Araştırma, Science alt dergisi Science Advances'da "Plant leaves inspired sunshine-driven purifier for high-efficiency clean water production" başlıklı bir makalede yayınlandı.
- Angew: Fototermal su buharlaştırma için süperhidrofilikliğe ve geniş dalga boyu ışık emilimine sahip COF malzemeleri
Gözenekli organik polimerlerin, özellikle yakın kızılötesi (NIR) bölgesinde, doğal hidrofobisitesi ve sınırlı ışık emilimi, güneş buhar üretimi (SSG) uygulamalarında engel teşkil eden iki darboğazdır. Jilin Üniversitesi'ndeki Xiaoli Yan grubundaki araştırmacılar, tüm UV/görünür NIR bölgesinden SSG'yi kapsayan süperhidrofiliklik ve geniş ışık emilimi ile karakterize edilen 1,4,5,8 tetrakis(fenilamino)antrasen-9,10-dion (TPAD) (TPAD-COF) bazlı bir kovalent organik çerçeve (COF) geliştirdiler. Herhangi bir katkı maddesi içermeyen verimli bir fototermal dönüşüm malzemesi olan TPAD-COF, 1.42 kg/m2/h'lik mükemmel su buharlaşması sergiler ve tek bir güneş yoğunluğu ışınlaması altında %94'lük yüksek bir enerji dönüşüm verimliliğine ulaşır. TPAD tabanlı COF ışık emilim aralığının daha da genişletilmesi, şelatlı BF2 moleküllerinin sentetik sonrası modifikasyonu ile elde edildi. Sistematik kontrol deneyleri ve analizler, fototermal dönüşüm malzemesinin hidrofilisitesinin, fototermal su buharlaştırma için kullanılan mevcut TPAD tabanlı COF'larda daha baskın bir rol oynadığını doğrulamaktadır. “Etkin Güneş Buharı Üretimi için Geniş Bant Absorberleri Olarak Süperhidrofilik2D Kovalent Organik Çerçeveler” başlıklı araştırma çalışması, en üst düzey uluslararası dergi Angewise'da yayınlanmıştır. Çalışma, en üst düzey uluslararası dergi Angew. Chem. Int. Ed.'de yayınlanmıştır.
- JACS: Fototermal su buharlaştırma için hidrofilik-hidrofobik çift bölgeli COF/grafen hidrojeli
Güneş enerjisiyle su buharlaştırma, küresel su kıtlığını hafifletmeye yardımcı olabilecek sürdürülebilir bir su arıtma teknolojisidir. Ancak bu teknoloji, yüksek enerji tüketimi ve su buharlaşmasının düşük buharlaşma hızı nedeniyle büyük zorluklarla karşı karşıyadır. Almanya, Berlin Teknik Üniversitesi'nden Prof. Arne Thomas'ın grubu, basit bir yerinde büyüme stratejisiyle tek bir malzemede hem hidrofilik hem de hidrofobik bölgeler içeren kovalent organik çerçeve (COF)/grafen çift bölgeli bir hidrojel bildiriyor. Hidrofilik COF, hidrofobik grafen bölgesinin bir kısmını kaplıyor. İki ıslatma bölgesinin hassas bir şekilde kontrol edilmesiyle, hibrit hidrojel etkili ışık hasadı, ayarlanabilir ıslanabilirlik, optimize edilmiş su içeriği ve su buharlaşması için azaltılmış enerji gereksinimi gösteriyor. Bir güneş emici olarak, çift bölgeli hidrojel, diğer gelişmiş malzemelerle karşılaştırılabilir olan 3.69 güneş ışınımı (2kw/m1) için 1 kg/m2/saate kadar bir buhar üretim hızına ulaşıyor. Ek olarak, bu hidrojel buharlaştırıcı deniz suyundan ve kanalizasyondan içilebilir su üretmek için kullanılabilir ve bu da su arıtma potansiyelini gösterir. Araştırma çalışması, önde gelen uluslararası bir dergi olan JACS dergisinde “Gelişmiş Güneş Enerjili Su Üretimi için Kovalent Organik Çerçeve/Grafen Çift Bölgeli Hidrojel” başlığıyla yayınlandı.
- Bilim İlerlemeleri: Nilüfer yaprağı yapısından esinlenen yüksek verimli fototermal su buharlaştırıcısı
Son yıllarda, arayüz güneş buharı üretimi tuzdan arındırma ve atık su arıtımı için yüksek enerji dönüşüm verimliliği elde etmede büyük potansiyel göstermiştir. Ancak, güneş soğurucusunda kaçınılmaz görünen kirlenme veya tuz birikimi nedeniyle yüksek buharlaşma oranları sürdürülemez. Çözünen madde konsantrasyonu arttıkça bozunma hızlanır. Bu sorunu ele almak için, Nanjing Üniversitesi'ndeki Prof. Jia Zhu'nun grubu, nilüfer yapraklarının yapısından esinlenerek çok aşamalı bir yapı tasarladı (Nilüferden esinlenen Hiyerarşik Yapı (WHS) fototermal-buhar dönüşüm cihazı, %80 ağırlık oranında yüksek oranda konsantre tuzlu su ve %10 ağırlık oranında atık su arıtıldığında %30 fototermal dönüşüm verimliliğine ulaşabiliyor. Fototermal dönüşüm verimliliğinin, buharlaşma tamamlanana (yani "sıfır deşarj") ve yüzey temiz kalana kadar yüksek oranda konsantre tuzlu su ve atık su arıtımı sırasında önemli ölçüde azalmadığını belirtmekte fayda var. Çalışma, Science Advance'de "Yüksek Tuzluluktaki Tuzlu Suyun Kararlı ve Verimli Güneş Enerjisiyle Buharlaştırılması İçin Nilüferden Esinlenen Hiyerarşik Tasarım" başlığıyla yayınlandı.
- Nano enerji: Fototermal su buharlaştırma için molibden disülfür
Deakin Üniversitesi Sınır Malzemeleri Enstitüsü'nde Lifeng Wan'ın grubundaki araştırmacılar, kısmi kristal dönüşümü yoluyla güneş enerjisiyle su buharlaştırma için bir dizi geçiş metal disülfür ve azotça zengin nitrür heteroyapısı geliştirdiler. Özellikle, bu gelişmiş 2D heteroyapılar, kızılötesi aralıkta gelişmiş spektral soğurma ve su, asitler ve bazlar dahil olmak üzere farklı çözeltilerde mükemmel kimyasal kararlılık sergilemektedir. Daha da önemlisi, gelişmiş spektral soğurma yoğunluğu ve azaltılmış ısı kaybı nedeniyle, MoS2-Mo5N6/ melamin köpük (MF) güneş termal cihazı, sırasıyla MoS2/MF ve MF/su güneş cihazlarına göre 1.4 ve 4.7 kat daha yüksek buharlaşma hızı (2.31 kg m-2h-1) ve dönüşüm verimliliği (%106.6) sergilemektedir. Bu çalışma, güneş enerjisiyle su üretimi için mükemmel fototermal performansa sahip bir dizi gelişmiş 2D-2D TMD-azotça zengin nitrür heteroyapısı sunmaktadır. Bu çalışma, uluslararası alanda önde gelen bir dergi olan Nano Energy'de "Güneş enerjisiyle su üretimi için geçiş metal dikalkojenitlerinin ve azotça zengin nitrürlerin gelişmiş 2 boyutlu-2 boyutlu heteroyapıları" başlığıyla yayımlandı.
Güneş fototermal su buharlaştırma teknolojisinin küresel temiz su sıkıntısını çözmesi bekleniyor, şimdi çözülmesi gereken şey fototermal malzemelerin düşük maliyetli hazırlanması, yüksek verimli çalışması, pratik uygulama ortamlarında kullanımının istikrarı ve taşınabilirliğidir, gelecekte tüm insanlığın erken yararına daha fazla sonuç bekliyoruz!
Melamin köpük hakkında daha fazla bilgi için lütfen [email protected] adresinden bize ulaşın veya +86-28-8411-1861 numaralı telefondan bizi arayın.
Bazı resimler ve metinler internetten kopyalanmıştır ve telif hakkı orijinal yazara aittir. Herhangi bir ihlal varsa, lütfen silmek için bizimle iletişime geçin.