اسفنج پیشرفته می‌تواند نحوه‌ی دستیابی جهان به آب پاک را تغییر دهد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، تیمی از دانشمندان یک آئروژل اسفنج‌مانند پیشگامانه توسعه داده‌اند که می‌تواند آب دریا را تنها با استفاده از نور خورشید به آب آشامیدنی تمیز تبدیل کند.

برخلاف مواد قبلی، این ساختار چاپ سه‌بعدی پر از کانال‌های عمودی میکروسکوپی است که آن را قادر می‌سازد تا حتی در مقیاس‌های بزرگتر، آب را به طور موثر تبخیر کند. در طول آزمایش در فضای باز، این اسفنج تنها در عرض چند ساعت، بدون برق یا زیرساخت‌های پیچیده، آب آشامیدنی تولید کرد.

تبدیل نور خورشید به آب شیرین

بیشتر آب روی زمین در اقیانوس‌ها یافت می‌شود، اما این آب برای نوشیدن بسیار شور است. در حالی که کارخانه‌های نمک‌زدایی می‌توانند نمک را از آب دریا جدا کرده و آن را قابل آشامیدن کنند، معمولاً انرژی زیادی مصرف می‌کنند. اکنون، محققان ماده جدید و امیدوارکننده‌ای را توسعه داده‌اند که می‌تواند این روند را تغییر دهد.

طبق گزارش ACS Energy Letters، تیمی از دانشمندان ساختاری اسفنج‌مانند پر از کانال‌های هوای میکروسکوپی و طویل ایجاد کرده‌اند که با مهار نور خورشید، آب شور را به آب شیرین و تمیز تبدیل می‌کند. در یک آزمایش در فضای باز، این سیستم ساده - فقط اسفنج و یک پوشش پلاستیکی شفاف - با موفقیت و تنها با استفاده از نور طبیعی خورشید، آب آشامیدنی تولید کرد. این گامی به سوی دسترسی بیشتر به نمک‌زدایی پایدار و کم‌مصرف است.

از لیف تا آئروژل: تکامل اسفنج‌های خورشیدی

دانشمندان مدتی است که در حال آزمایش موادی هستند که با انرژی خورشید کار می‌کنند تا آب را تصفیه کنند. در یکی از نمونه‌های قبلی، از هیدروژلی الهام گرفته از لیف استفاده شده بود که با پلیمر‌های مخصوص پر شده بود. این هیدروژل وقتی در معرض نور خورشید قرار می‌گرفت، گرم می‌شد و بخار آب تمیز را از آب آلوده آزاد می‌کرد. هیدروژل‌هایی مانند این نرم و پر از مایع هستند، اما دسته دیگری از مواد - به نام آئروژل - وجود دارند که سفت‌تر هستند.

اینها منافذ جامدی دارند و می‌توانند آب یا بخار را از طریق ساختار خود منتقل کنند. آئروژل‌ها نویدبخش نمک‌زدایی بوده‌اند، اما اغلب با افزایش اندازه، کارایی خود را از دست می‌دهند. برای حل این مشکل، محقق شی شن و همکارانش تصمیم گرفتند نوع جدیدی از آئروژل را طراحی کنند که چه کوچک و چه بزرگ، به همان اندازه مؤثر باقی بماند.

حذف نمک از آب دریا با نور طبیعی خورشید

یک دستگاه سفارشی، نمک را از آب دریا در نور طبیعی خورشید حذف می‌کند، با استفاده از یک بشر آب دریا، یک تکه سیاه آئروژل و یک درپوش پلاستیکی منحنی که به داخل یک قیف و بشر می‌چکد.

محققان خمیری حاوی نانولوله‌های کربنی و نانوفیبر‌های سلولزی ساختند و سپس آن را روی یک سطح یخ‌زده چاپ سه‌بعدی کردند و به هر لایه اجازه دادند تا قبل از اضافه شدن لایه بعدی، جامد شود. این فرآیند، ماده‌ای اسفنج‌مانند با سوراخ‌های عمودی ریز با توزیع یکنواخت ایجاد کرد که هر کدام حدود ۲۰ میکرومتر عرض داشتند. آنها قطعات مربعی از این ماده را با اندازه‌های مختلف از ۰.۴ اینچ عرض (۱ سانتی‌متر) تا حدود ۳ اینچ عرض (۸ سانتی‌متر) آزمایش کردند و دریافتند که قطعات بزرگتر، آب را از طریق تبخیر با سرعتی به همان اندازه قطعات کوچکتر آزاد می‌کنند.

آزمایش در دنیای واقعی: نور خورشید، آب شور و یک چیدمان ساده

در یک آزمایش در فضای باز، محققان این ماده را در یک فنجان حاوی آب دریا قرار دادند و آن را با یک پوشش پلاستیکی منحنی و شفاف پوشاندند. نور خورشید قسمت بالای ماده اسفنجی را گرم کرد و فقط آب، نه نمک، را به بخار آب تبدیل کرد. بخار جمع شده روی پوشش پلاستیکی به صورت مایع، آب تمیز را به لبه‌ها منتقل کرد، جایی که به یک قیف و ظرف زیر فنجان چکه می‌کرد. پس از ۶ ساعت قرار گرفتن در معرض نور طبیعی خورشید، سیستم حدود ۳ قاشق غذاخوری آب آشامیدنی تولید کرد.

نمک‌زدایی مقیاس‌پذیر، پایدار و بدون مصرف انرژی

شن می‌گوید: آئروژل ما امکان نمک‌زدایی با ظرفیت کامل را در هر اندازه‌ای فراهم می‌کند که یک راه‌حل ساده و مقیاس‌پذیر برای نمک‌زدایی بدون انرژی برای تولید آب تمیز فراهم می‌کند.