Studien beskriver en ny bärbar sol--ångande uppsamlingssystem med polymer origami som kan samla och rena vatten till en mycket låg kostnad
Det finns en ökande global efterfrågan på rent vatten på grund av befolkningstillväxt, industrialisering och kontaminering och utarmning av vår planetens naturliga resurser. Solenergi-ångning är en teknik där solenergi kan användas för att rena vatten genom att avdunsta förorenade vatten, åter kondenserar det och producerar fräscht rent vatten. Denna teknik är en ren, förnybar och hållbar grön teknik som har potential att ta itu med den globala bristen på rent vatten genom att utnyttja överflöd av sol- energi. Styrkan och effektiviteten hos en sol--ångsystem beror på dess design och val av fototermiska material. Nuvarande sol-- ångteknik använder dyra, skrymmande material och har låg effektivitet och begränsad effekt. Det har varit en utmaning att förbättra prestanda och sänka kostnaderna för att designa en lätt och bärbar sol--ångsystem som kan användas direkt av individer.
I en ny studie publicerad den 28 maj i Advanced Materials forskare beskriver en ny metod för sol- ångande genom att designa en billig bärbar lågtryckskontrollerad sol- ångande uppsamlingssystem som kan samla upp och rena vatten använder energi från solljus. De valde ett fototermiskt polymermaterial som heter Polypyrrole (PPy) som är ledande till sin natur, är välkänt för sina fototermiska egenskaper och uppvisar hög effektivitet när det gäller att omvandla solljus till termisk värme. Inspirerad från blomrosen är den unika designen av detta solenergisystem gjord av 3D origami PPy-papperskompositer. En 'PPy-ros' som består av svarta ark formade som kronblad skapades via origamivikning och kemisk polymerisation av PPy. Denna origamistruktur är fäst vid ett stamliknande bomullsrör som samlar upp rått/obehandlat vatten från en vattenkälla och matar det till PPy-rosstrukturen placerad på toppen. Bomullsrör och polystyrenskum användes för att förhindra direkt kontakt mellan PPy-material och bulkvatten.
En gång obehandlad vatten nått kronbladen, PPy material i blomman struktur vänder vatten till ånga och föroreningar som naturligt separeras från vattnet. Därefter måste vattenångan kondenseras och sedan måste rent vatten samlas upp för användning. Forskare använde ett lågtryckstillstånd genom att använda en bärbar vakuumpump. Detta ansågs avsevärt öka hastigheten för både vattenavdunstning och vattenuppsamling. När vattnet väl har kondenserats lagrar den kompakta och robusta uppsamlingsglasburken rent vatten på ett säkert sätt.
3D-origamis gav betydligt högre absorption av ljus och förbättrade ytområden för vatten avdunstning i jämförelse med en konventionell 2D plan design. Vattenavdunstning och uppsamlingshastighet ökas med 52 procent på grund av sänkning av kammartrycket. PPy origami förbättrade vattenavdunstning med 71 procent och högre ånguppsamlingshastigheter sågs också. Systemets totala effektivitet ökade med 91.5 procent under en ljuskälla. Systemet testades på ett prov från Coloradofloden i Texas, USA. Systemet tog bort föroreningar av vatten i form av tungmetaller, bakterier, salt och lindrar alkalinitet som producerar rent vatten enligt dricksstandarder som fastställts av WHO.
Den aktuella studien beskriver en ny rationell design av ett portabelt, billigt sol-ångande uppsamlingssystem med 3D-origami fototermiska material som erbjuder förbättrade hastigheter för vattenavdunstning och ånguppsamling. Kostnaden för varje blomliknande struktur är mindre än 2 cent och den kan framgångsrikt producera 2 liter rent vatten per timme och kvadratmeter. Denna design kan vara en inspiration för att tillverka unika modeller av solångning för produktion av rent vatten.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
Li, W. et al. 2019. Bärbart Low-Pressure Solar Steaming-Collection Unisystem med Polypyrrole Origamis. Avancerade material. http://doi.org/10.1002/adma.201900720
