Global brist på dricksvatten är ett allvarligt problem för människor. Vattenrening förbrukar en stor mängd fossil energi och genererar sekundära föroreningar.

Solar-termisk gränssnittsavdunstning har ansetts vara den mest lovande strategin för att ta itu med detta problem. Att utveckla ett optimerat material med både effektiv omvandling av solenergi och god miljötolerans är fortfarande en utmaning.

Forskare från Institute of Process Engineering (IPE) vid den kinesiska vetenskapsakademin har utvecklat en ultrastabil amorf Ta₂ O₅ /C nanokomposit med en ihålig flerskalsstruktur (HoMS) för solavdunstning, vilket kan förbättra effektiviteten av vattenrening.

Studien publicerades i Advanced Materials den 29 oktober.

"Den exakta atom- och sammansättningskontrollen i byggstenen för HoMS realiserar en indirekt bandgap-struktur med rikliga energitillstånd runt Fermi-nivån, vilket förbättrar icke-strålningsavslappning för att underlätta fototermisk omvandling", säger professor Wang Dan, motsvarande författare till studien. "Den unika ihåliga flerskalsstrukturen kan effektivt förbättra ljusabsorptionen som en svartkropp."

HoMS minskar den energi som krävs för vattenavdunstning. Simuleringsresultat visar att HoMS etablerar en termisk fältgradient, vilket ger drivkraften för ångavdunstning.

"HoMS gynnar också vattentransport", sa Wang, "De begränsade håligheterna i HoMS främjar diffusion av flytande vatten på grund av kapillärpumpningseffekten, och nanoporerna i HoMS inducerar vattenmolekyler att avdunsta i form av kluster, vilket möjliggör avdunstning med mindre entalpi ."

Med högeffektiv fotoabsorption och fototermisk omvandling, en supersnabb förångningshastighet på 4,02 kg m ^-2 h ^-1 har uppnåtts. Förångningshastigheten ändrades knappt efter 30 dagar och utan saltackumulering, vilket tyder på en långsiktig stabilitet.

Noterbart kunde koncentrationen av pseudovirus SC2-P minskas med sex storleksordningar efter avdunstning.

Denna amorfa Ta₂ O₅ /C-komposit är lätt att tillverka, bära, lagra och återvinna. Det kan appliceras på rening av havsvatten, eller på vatten som innehåller tungmetaller eller bakterier, för att få dricksvatten som uppfyller Världshälsoorganisationens standard.

Forskarna från IPE förbereder en prototyp av avsaltning av havsvatten för invånarna på isolerade öar. + Utforska vidare

Mekanismerna för ökat förångningsflöde genom nanokanaler