Гібрид біовугілля та гідрогелю підвищує ефективність сонячної дистиляції до нових рівнів
Інноваційні комбінації биовугілля та гідрогелів для покращення сонячної дистиляції води
У міру зростання глобальної нестачі прісної води, вчені продовжують шукати ефективні альтернативи для опріснення та очищення води. Нове дослідження, опубліковане в журналі Biochar, демонструє, як комбінація біовугілля з передовими полізвіттеріонними гідрогелями може значно покращити ефективність систем сонячного випаровування води. Це відкриває шлях до низькоенергетичних рішень для дистиляції та очищення води.
Сонячне випаровування на міжфазній поверхні, яке полягає у використанні сонячного світла для перетворення води у пару на поверхні матеріалу замість нагрівача всього об’єму рідини, стає все більш популярним завдяки своїй енергоефективності. Проте, підвищення його ефективності залишається ключовим викликом. У новому дослідженні вчені розробили гібридний матеріал, що інтегрує биовугілля в матрицю полізвіттеріонного гідрогелю.
Підвищення ефективності завдяки біовугіллю
Дослідники досягли швидкості випаровування 3.57 кг/м²/год під стандартним односонячним освітленням, що значно перевищує показники звичайних гідрогелів. “Впровадження біовугілля в мережу гідрогелю дозволило одночасно підвищити поглинання світла, транспортування води й енергоефективність”, – зазначив автор дослідження.
Ефективність цієї системи пояснюється взаємодією біовугілля з гідрогелем на фізичному та молекулярному рівнях. Біовугілля – це вуглецем насичений матеріал, виготовлений шляхом піролізу біомаси, такої як сільськогосподарські відходи. Його пориста структура й здатність поглинати світло трансформують прозорий гідрогель у темний композит, здатний захоплювати сонячне світло в широкому спектральному діапазоні.
Переваги на молекулярному рівні
Крім фототермічних і структурних переваг, дослідження виявило, що молекулярний рівень механізму також знижує енерговитрати випаровування. Функціональні групи на поверхні біовугілля взаємодіють із гідрогельною мережею, збільшуючи частку так званої проміжної води. Це дозволяє легко переходити у стан пари, що зменшує ентальпію випаровування до 877.79 Дж/г.
Ця інновація дозволяє гібридному гідрогелю перевершувати багато існуючих матеріалів для міжфазного випаровування. Система також показала стійке транспортування води у солоних умовах, що вказує на її придатність для безпосереднього опріснення морської води.
