FN:s senaste rapport från Intergovernmental Panel on Climate Change målar upp en dyster bild för världens vattenförsörjning:Av de 7,8 miljarder människor på jorden har cirka 4 miljarder inte tillgång till tillräckligt rent vatten under minst en månad varje år. Även om flera vattenreningsscheman har föreslagits, misslyckas de konsekvent vid någon kritisk punkt - vanligtvis är de inte stabila, stora eller tåliga nog för verkliga tillämpningar, enligt forskare baserade vid Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences och Xiamen University i Kina som kan ha knäckt problemet.

Den 22 mars i Nanoforskning , rapporterade forskarna detaljerna i en ny plattform som använder solljus för att rena havsvatten med hög energieffektivitet jämfört med andra liknande tillvägagångssätt (över 90%) samtidigt som man undviker vanliga fallgropar.

"Det finns en enorm efterfrågan på sötvatten i hushållen och för industri-, jordbruks- och andra tillämpningar, så olika vattenreningstekniker har utvecklats för att lindra bristen på sötvattenresurser", säger pappersförfattaren Miao Wang, Xiamen University's College of Materials. "Att jämföra vägarna, soldriven rening av havsvatten eller förorenat vatten via gränssnittsavdunstning är lovande som ett lågkostnadssystem."

Sådana reningsmetoder använder solljus för att värma vatten vid dess yta, avdunsta vätskan och separera de förorenade eller salta motsvarigheterna från vattenmolekylerna, som sedan strömmar ut i luften som ånga för att komma in i den naturliga cykeln av kondens för att bli rent, förbrukningsbart vatten. Problemet, enligt pappersförfattaren Xu Hou, Xiamen Universitys College of Chemistry and Chemical Engineering och College of Physical Science and Technology, är att försök att skala denna metod för verklig tillämpning har hindrats av oljeförorening, instabilitet, salt- kristallisation och komplicerade tillverkningsprocesser.

"För att generera mer renat vatten under samma mängd solljus, hur skaffar vi mer energi för att lokalt värma vatten för att förbättra förångningshastigheten - utan att stöta på nackdelarna med andra tillvägagångssätt?" frågade Hou. "Vi svarade på den frågan och designade en ultrastabil, saltbeständig förångningsplattform som kan upprätthålla accelererad avdunstning samtidigt som den fortsätter att stöta bort olja för att förhindra kontaminering."

Forskarna kombinerade två geler i en olja-i-vatten-emulsion. Gelmaterialet, som kallas organohydrogel, kan skifta mellan faser av materia men är till stor del flytande i en väv av molekylkedjor. Genom att dosera organohydrogelen med kolnanorör skapade forskarna "hot spots" som lokalt kan fokusera solljus till vattenytan, vilket förhindrar avledning av värme i hela området. Materialets grenade struktur hjälper också till att förhindra energiavledning och hjälper till med molekylöverföring för att förhindra saltkristallisering.

Organohydrogelen har en låg densitet, så när den sjunker under vattenytan kan den flyta själv igen för en bestående avdunstning. Det upphöjda vattnet omger förångaren och skapar en lateral kapillärrepulsionseffekt där oljemolekylerna skalar bort från vattnet som värms upp, som kvicksilver som drar sig bort från glaset på en termometer.

I experimentella tester avdunstade plattformen cirka 2,4 kg vatten per kvadratmeter i timmen och kunde kvarstå i 240 timmar utan extra avfallshantering – även under förhållanden med "enorm oljeförorening", säger pappersförfattaren Shutao Wang, kinesiska vetenskapsakademin (CAS) ) Nyckellaboratorium för bioinspirerade material och gränssnittsvetenskap, Tekniska institutet för fysik och kemi.

"Vi utvecklade en uppvärmningsplattform mot oljepåväxt med anmärkningsvärt solenergiutnyttjande, som visar stor potential för praktisk, soldriven vattenrening även i kraftigt förorenat vatten," sade Wang, "Vi hoppas att detta ekonomiska och miljövänliga tillvägagångssätt kommer att stöd för att ytterligare lindra den globala bristen på sötvattenresurser." + Utforska vidare

Ny nanokomposit förbättrar solavdunstning för vattenrening