Международное научное сотрудничество разработало новый наноматериал для эффективного получения чистой питьевой воды из водяного пара в воздухе.
Особенности наноматериала
- Наноматериал может удерживать более чем втрое больше воды по сравнению со своим весом и делает это гораздо быстрее, чем существующие коммерческие технологии. Это позволяет использовать его для прямого производства питьевой воды из воздуха.
Участники проекта
Проект возглавляет Центр передового опыта Австралийского исследовательского совета по углеродной науке и инновациям (ARC COE-CSI) под руководством доцента Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) Ракеша Джоши и нобелевского лауреата профессора сэра Кости Новасёлова.
Статистика и факты
- Согласно отчёту Организации Объединённых Наций, 2,2 миллиарда человек не имеют доступа к безопасно управляемой питьевой воде.
- На Земле в атмосфере находится около 13 миллионов гигалитров воды (гавань Сиднея вмещает 500 гигалитров). Хотя это лишь часть от общего количества воды на Земле, это всё равно существенный источник пресной воды.
Применение технологии
Доктор Джоши говорит, что технология найдёт применение в любом регионе, где есть достаточная влажность, но ограниченный доступ к чистой питьевой воде.
Профессор Новасёлов отмечает: «Это отличный пример того, как междисциплинарное глобальное сотрудничество может привести к практическим решениям одной из самых насущных проблем в мире — доступа к чистой воде».
Публикация исследования
Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Описание наноматериала
Новый наноматериал основан на хорошо изученной форме оксида графена, который представляет собой углеродную решётку толщиной в один атом, функционализированную кислородсодержащими группами. Оксид графена обладает хорошими свойствами адсорбции воды.
Кальций также обладает хорошими свойствами адсорбции воды. Исследовательская группа решила посмотреть, что произойдёт, если внедрить ионы кальция (Ca²⁺) в оксид графена.
Результаты
Неожиданным образом оказалось, что взаимодействие кальция с кислородом в оксиде графена усиливает водородные связи между водой и материалом. Это приводит к значительному увеличению адсорбции воды.
Форма аэрогеля
Для повышения способности материала адсорбировать воду команда учёных создала аэрогель на основе оксида графена с внедрённым кальцием. Аэрогели имеют микро- и нанометровые поры, что обеспечивает им огромную площадь поверхности и позволяет адсорбировать воду гораздо быстрее, чем стандартному оксиду графена.
Аэрогель также придаёт материалу свойства, похожие на губку, что облегчает процесс десорбции — высвобождения воды из мембраны.
Выводы
Единственная энергия, необходимая для этой системы, — это небольшое количество тепла, необходимое для нагрева системы примерно до 50 градусов для высвобождения воды из аэрогеля, — говорит профессор Дарья Андреева, соавтор статьи.
Исследование основано на экспериментальной и теоретической работе, которая опиралась на суперкомпьютер Австралийской национальной вычислительной инфраструктуры (NCI) в Канберре.
Профессор Амир Картон из Университета Нового Южного Уэльса руководил вычислительными работами, чтобы обеспечить понимание основных механизмов процесса.
Это фундаментальное научное открытие, которое требует дальнейшего развития. Промышленность сотрудничает в этом проекте, чтобы помочь масштабировать эту технологию и разработать прототип для тестирования.