Mungesa e ujit të pijshëm është një sfidë gjithnjë e më serioze për zhvillimin shoqëror. Raportohet se 29% e popullsisë globale nuk ka ujë të pijshëm të sigurt, dhe kërkesa për ujë të pastër është ende në rritje për shkak të rritjes së popullsisë dhe problemeve mjedisore. Uji i pastër i lidhur me kanalizimet është veçanërisht i rëndësishëm në kontekstin e shpërthimit aktual të sëmundjes së koronavirusit (pneumonia e shkaktuar nga neokoronavirusi). Avullimi i ujit me energji diellore konsiderohet si një nga teknologjitë më premtuese për prodhimin e ujit të pastër nga uji i detit dhe ujërat e zeza duke përdorur rrezet e diellit si burimin e vetëm të energjisë. Teknologjia mbështetet shumë në thithësit diellorë, të cilët veprojnë si avullues për të shndërruar energjinë diellore në nxehtësi për të prodhuar avull. Për të arritur shkallë të larta avullimi të ujit dhe efikasitet të shndërrimit të nxehtësisë diellore, materiali ideal duhet të ketë një gamë të gjerë thithjeje për të shfrytëzuar në mënyrë efikase një pjesë të madhe të spektrit diellor, përçueshmëri të ulët termike për të shtypur humbjen e nxehtësisë dhe kanale poroze tre-dimensionale (3D) për transport efikas të ujit. Deri më tani, shkencëtarët kanë zhvilluar materiale të ndryshme fototermale bazuar në karbon (p.sh., grafeni ose nanotubat e karbonit), polimere, metale dhe okside metalike dhe hibridet e tyre, etj.
Shkencëtarët kanë punuar shumë për të eksploruar dhe për të bërë shumë përparime vitet e fundit, prandaj le të mësojmë nga disa botime aktuale rreth progresit të kërkimit në gjenerimin e ujit të pastër fototermik vitet e fundit.
- Komunikimet e Natyrës: Gjethet e bimëve frymëzojnë një pastrues uji me energji diellore dhe efikasitet të lartë
Gjethet e bimëve natyrore vaskulare mbështeten në ndryshimet në presionin osmotik, transpirimin dhe sekretimin për të prodhuar ton ujë të pastër, të mundësuar nga rrezet e diellit. Të frymëzuar nga kjo, studiuesit në grupin e Chun Li në Universitetin Qinghua kanë raportuar një pastrues të drejtuar nga rrezet e diellit për pastrim dhe prodhim efikas të ujit. Ky pastrues i drejtuar nga rrezet e diellit përmban një hidrogel poli(N-izopropilakrilamid) (PN) negativisht të përgjegjshëm ndaj temperaturës, të ankoruar në një shtyllë kurrizore me shkumë melamine superhidrofile dhe të veshur me një membranë filtri grafeni (PG) të modifikuar nga PNIPAm në pjesën e jashtme. Simulimet e dinamikës molekulare dhe rezultatet eksperimentale treguan se natyra superhidrofile e shtyllës kurrizore të melaminës relativisht të ngurtë përshpejtoi ndjeshëm shkallën e ënjtjes/çënjtjes së pastruesit PNPG-F. Nën të njëjtin rrezatim me intensitet të dritës së diellit, kjo strukturë e projektuar në mënyrë racionale siguroi mbledhje prej 4.2 kg/m2/orë dhe heqje jonesh > 99% për një PNPG-F të vetëm nga një furnizim me ujë të kripur përmes efekteve sinergjike të avullimit dhe shtimit të pikave. Autori parashikon aplikime të mëdha potenciale për këtë sistem shumë efikas të drejtuar nga rrezet e diellit në aplikime të ndryshme të trajtimit të ujit. Studimi u botua si një punim me titull “Gjethet e bimëve frymëzuan një pastrues të drejtuar nga rrezet e diellit për prodhim të ujit të pastër me efikasitet të lartë” në revistën Nature communications.
- Përparimet e Shkencës: Rrjete polimerike shumë të hidratueshme të hidrogeleve që thithin dritën për pastrimin e ujit me energji diellore
Avullimi i ujit nga dielli për pastrimin e ujit është një teknologji premtuese për prodhimin e ujërave të ëmbla. Megjithatë, gjenerimi i avullit nga dielli kërkon shumë energji, duke rezultuar në prodhim të ulët të ujit nën dritën natyrale të ditës. Prandaj, ekziston një nevojë e madhe për të zhvilluar materiale të reja që mund të zvogëlojnë kërkesën për energji për avullimin e ujit dhe të përshpejtojnë pastrimin e ujit nga dielli. Grupi i Profesor Guihua Yu në Austin, Teksas, SHBA, raportoi një hidrogel (h-LAH) shumë të hidratuar që thith dritën, të përbërë nga alkool polivinil dhe kitosan si shtylla kurrizore e hidratimit dhe polipirol si thithës i dritës, i cili mund të përdorë më pak energji (< 50% të vëllimit të ujit) për të avulluar ujin. U demonstrua se rritja e kapacitetit të hidratimit të h-LAH mund të ndryshojë gjendjen e ujit dhe të aktivizojë pjesërisht ujin, duke lehtësuar kështu avullimin e ujit. h-LAH rriti prodhimin e avullit nga dielli në një shkallë rekord prej ~3.6 kg/m2/orë në 1 diell. Avullimi i ujit nga dielli bazuar në h-LAH gjithashtu shfaqi qëndrueshmëri afatgjatë dhe veti antifouluese kundër ndotësve jonikë kompleksë. Hulumtimi u botua në një punim të titulluar “Gjethet e bimëve frymëzuan një pastrues të drejtuar nga rrezet e diellit për prodhim të ujit të pastër me efikasitet të lartë” në revistën shkencore Science Advances.
- Angew: Materiale COF me superhidrofilitet dhe thithje të dritës me valë të gjerë për avullimin fototermik të ujit.
Hidrofobiciteti i natyrshëm dhe thithja e kufizuar e dritës së polimerëve organikë porozë, veçanërisht në rajonin afër infra të kuqe (NIR), janë dy pengesa që pengojnë zbatimin e tyre në gjenerimin e avullit diellor (SSG). Studiuesit në grupin e Xiaoli Yan në Universitetin Jilin kanë zhvilluar një strukturë organike kovalente (COF) bazuar në 1,4,5,8 tetrakis(fenilamino)antracen-9,10-dion (TPAD) (TPAD-COF), e cila karakterizohet nga superhidrofiliteti dhe thithja e gjerë e dritës që mbulon SSG nga i gjithë rajoni NIR UV/i dukshëm. TPAD-COF, si një material efikas i konvertimit fototermal pa asnjë aditiv, shfaq avullim të shkëlqyer të ujit prej 1.42 kg/m2/orë dhe arrin një efikasitet të lartë të konvertimit të energjisë prej 94% nën një rrezatim me intensitet diellor. Një zgjerim i mëtejshëm i diapazonit të thithjes së dritës COF të bazuar në TPAD u arrit me anë të modifikimit post-sintetik të molekulave BF2 të kelatuara. Eksperimentet dhe analizat sistematike të kontrollit konfirmojnë se hidrofiliteti i materialit të konvertimit fototermal luan një rol më dominues në COF-të aktuale të bazuara në TPAD që përdoren për avullimin fototermal të ujit. Puna kërkimore, e titulluar "Skema Organike Kovalente Superhidrofile2D si Absorbues me Bandë të Gjerë për Gjenerim Efiçient të Avullit Diellor", u botua në revistën ndërkombëtare të nivelit të lartë Angewise. Puna u botua në revistën ndërkombëtare të nivelit të lartë Angew. Chem. Int. Ed.
- JACS: Hidrogeli COF/grafen me rajon të dyfishtë hidrofilik-hidrofobik për avullimin fototermal të ujit
Avullimi diellor i ujit është një teknologji e qëndrueshme e trajtimit të ujit që mund të ndihmojë në zbutjen e mungesës globale të ujit. Megjithatë, kjo teknologji përballet me sfida të mëdha për shkak të konsumit të lartë të energjisë dhe shkallës së ulët të avullimit të avullimit të ujit. Grupi i Prof. Arne Thomas në Universitetin Teknik të Berlinit, Gjermani, raporton një hidrogel me rajon të dyfishtë të kornizës organike kovalente (COF)/grafenit që përmban rajone hidrofile dhe hidrofobike në një material përmes një strategjie të thjeshtë rritjeje in situ. COF hidrofilik mbulon një pjesë të rajonit hidrofobik të grafenit. Me kontroll të saktë të dy rajoneve të lagies, hidrogeli hibrid tregon mbledhje efektive të dritës, lagshmëri të akordueshme, përmbajtje të optimizuar të ujit dhe kërkesë të reduktuar të energjisë për avullimin e ujit. Si një thithës diellor, hidrogeli me rajon të dyfishtë arrin një shkallë gjenerimi avulli deri në 3.69 kg/m2/orë për 1 rrezatim diellor (1kw/m2), i cili është i krahasueshëm me materiale të tjera të përparuara. Përveç kësaj, ky avullues hidrogeli mund të përdoret për të prodhuar ujë të pijshëm nga uji i detit dhe ujërat e zeza, duke demonstruar potencialin e trajtimit të ujit. Puna kërkimore u botua në revistën JACS si “Një Kornizë Kovalente Organike/Hidrogel me Rajon të Dyfishtë Grafeni për Gjenerimin e Ujit të Përmirësuar me Energji Solare”, JACS, një revistë ndërkombëtare e shquar.
- Përparime Shkencore: Avullues uji fototermal me efikasitet të lartë i frymëzuar nga struktura e tehut të zambakut të ujit
Në vitet e fundit, gjenerimi i avujve diellorë ndërfaqësorë ka treguar potencial të madh në arritjen e efikasitetit të lartë të konvertimit të energjisë për shkripëzimin dhe trajtimin e ujërave të ndotura. Megjithatë, shkallët e larta të avullimit nuk mund të mbahen për shkak të akumulimit në dukje të pashmangshëm të ndotjes ose kripës në thithësin diellor. Degradimi përshpejtohet ndërsa përqendrimi i tretësirës rritet. Për të adresuar këtë problem, grupi i Prof. Jia Zhu në Universitetin e Nanjingut, i frymëzuar nga struktura e gjetheve të zambakut të ujit, projektoi një pajisje konvertimi fototermal të avullit me strukturë shumëfazore (Struktura Hierarkike e frymëzuar nga zambaku i ujit (WHS), e cila mund të arrijë efikasitet 80% të konvertimit fototermal kur trajton 10% në peshë të ujit të kripur me përqendrim të lartë dhe 30% në peshë të ujërave të ndotura. Vlen të përmendet se efikasiteti i konvertimit fototermal nuk ulet ndjeshëm gjatë trajtimit të shëllirës dhe ujërave të ndotura me përqendrim të lartë derisa avullimi të jetë i plotë (domethënë, "zbrazje zero") dhe sipërfaqja të mbetet e pastër. Puna u botua në Science Advance nën titullin "Një Dizajn Hierarkik i frymëzuar nga zambaku i ujit për Avullim Diellor të Qëndrueshëm dhe Efikas të Shëllirës me Kripësi të Lartë".
- Energjia nano: Disulfidi i molibdenit për avullimin fototermal të ujit
Studiuesit në grupin e Lifeng Wan në Institutin për Materiale Kufitare të Universitetit Deakin kanë zhvilluar një seri heterostrukturash të disulfideve të metaleve të tranzicionit dhe nitrideve të pasura me azot për avullimin e ujit nga dielli nëpërmjet transformimit të pjesshëm të kristalit. Në veçanti, këto heterostruktura të përparuara 2D shfaqin thithje spektrale të përmirësuar në diapazonin infra të kuq dhe stabilitet të shkëlqyer kimik në tretësira të ndryshme, duke përfshirë ujin, acidet dhe bazat. Më e rëndësishmja, për shkak të intensitetit të rritur të thithjes spektrale dhe humbjes së reduktuar të nxehtësisë, pajisja termike diellore MoS2-Mo5N6/ melaminë (MF) shfaq shkallë të lartë avullimi (2.31 kg m-2h-1) dhe efikasitet të konvertimit (106.6%), të cilat janë përkatësisht 1.4 dhe 4.7 herë më të larta se ato të pajisjeve diellore MoS2/MF dhe MF/ujë. Kjo punë ofron një seri heterostrukturash të përparuara 2D-2D TMD-të e pasura me azot - nitride me performancë të shkëlqyer fototermale për gjenerimin e ujit nga dielli. Ky punim u botua në Nano energy, një revistë ndërkombëtare e njohur, si "Heterostruktura të avancuara 2D-2D të dikalkogjenideve të metaleve në tranzicion dhe nitrideve të pasura me azot për gjenerimin e ujit nga dielli".
Teknologjia e avullimit të ujit fototermal me energji diellore pritet të zgjidhë mungesën globale të ujit të pastër, ajo që duhet zgjidhur tani është përgatitja me kosto të ulët e materialeve fototermale, funksionimi me efikasitet të lartë, si dhe stabiliteti dhe transportueshmëria e përdorimit në mjedise praktike aplikimi, duke pritur me padurim më shumë rezultate në të ardhmen për përfitimin e hershëm të të gjithë njerëzimit!
Për më shumë informacion në lidhje me shkumën e melaminës, ju lutemi na kontaktoni në [email protected] ose na telefononi me zë: +86-28-8411-1861.
Disa foto dhe tekste janë riprodhuar nga interneti dhe e drejta e autorit i përket autorit origjinal. Nëse ka ndonjë shkelje, ju lutemi na kontaktoni për ta fshirë.