Фильтр для воды на солнечных батареях удаляет свинец и другие загрязнения

Новое изобретение, использующее солнечный свет для очистки воды, может помочь решить проблему обеспечения чистой водой из электросети.

Устройство напоминает большую губку, которая впитывает воду, но оставляет после себя такие загрязнения, как свинец, масло и патогены. Чтобы собрать очищенную воду из губки, просто поместите ее на солнечный свет. Исследователи описали устройство в статье, опубликованной на этой неделе в журнале Advanced Materials.

По словам соавтора устройства Родни Пристли, соавтора устройства, Родни Пристли, профессора химии Помероя и Бетти Перри Смит, на создание устройства вдохновила рыба-иглобрюх. Биологическая инженерия и заместитель декана Принстона по инновациям.

«Для меня самое захватывающее в этой работе то, что она может работать полностью автономно, как в больших, так и в малых масштабах», – сказал Пристли. «Он также может работать в развитом мире на объектах, где требуется недорогая очистка воды без использования энергии».

Сяохуэй Сюй, научный сотрудник отделения химической и биологической инженерии при президенте Принстона и соавтор, помог разработать гелевый материал, лежащий в основе устройства.

«Солнечный свет бесплатный, – сказал Сюй, – а материалы, из которых изготовлено это устройство, недорогие и нетоксичные, так что это рентабельный и экологически чистый способ получения чистой воды».

Авторы отметили, что эта технология обеспечивает самый высокий уровень пассивной очистки воды от солнца среди всех конкурирующих технологий.

По словам Сюя, один из способов использования геля – поместить его в источник воды вечером, а на следующий день поместить на солнечный свет, чтобы получить дневную питьевую воду.

Гель может очищать воду, загрязненную нефтью и другими маслами, тяжелыми металлами, такими как свинец, небольшими молекулами и патогенами, такими как дрожжи. Команда показала, что гель сохраняет способность фильтровать воду в течение как минимум десяти циклов замачивания и слива без заметного снижения производительности. Результаты показывают, что гель можно использовать повторно.

Чтобы продемонстрировать устройство в реальных условиях, Сюй взял устройство на озеро Карнеги в кампусе Принстонского университета.

Сюй поместил гель в прохладную воду (25 градусов по Цельсию или 77 градусов по Фаренгейту) озера, которая содержит микроорганизмы, которые делают его небезопасным для питья, и позволил ему впитаться в воду из озера в течение часа.

В конце часа Сюй вытащил гель из воды и положил его на контейнер. Когда солнце согревало гель, в течение следующего часа в емкость стекала чистая вода.

По словам исследователей, устройство фильтрует воду намного быстрее, чем существующие методы пассивной очистки воды от солнечных батарей. Большинство других подходов к использованию солнечной энергии используют солнечный свет для испарения воды, что занимает гораздо больше времени, чем поглощение и высвобождение новым гелем.

Другие методы фильтрации воды требуют электричества или другого источника энергии для прокачки воды через мембрану. Пассивная фильтрация под действием силы тяжести, как и в случае обычных бытовых фильтров, требует регулярной замены фильтров.

В основе нового устройства – гель, меняющийся в зависимости от температуры. При комнатной температуре гель может действовать как губка, впитывая воду. При нагревании до 33 градусов по Цельсию (91 градус по Фаренгейту) гель делает обратное – выталкивает воду из пор.

Гель представляет собой ячеистую структуру с высокой пористостью. При более внимательном рассмотрении выясняется, что соты состоят из длинных цепочек повторяющихся молекул, известных как поли (N-изопропилакриламид), которые сшиты, образуя сетку. Внутри сетки некоторые области содержат молекулы, которым нравится, чтобы рядом была вода, или которые являются гидрофильными, в то время как другие области являются гидрофобными или водоотталкивающими.

При комнатной температуре цепи длинные и гибкие, и вода может легко течь через капиллярное действие в материал, достигая водолюбивых областей. Но когда солнце нагревает материал, гидрофобные цепи слипаются и вытесняют воду из геля.

Этот гель находится внутри двух других слоев, которые предотвращают попадание загрязняющих веществ во внутренний гель. Средний слой представляет собой материал темного цвета, называемый полидофамином, который преобразует солнечный свет в тепло, а также задерживает тяжелые металлы и органические молекулы. Когда КПК установлен, солнечный свет может нагревать внутренний материал, даже если фактическая температура наружного воздуха не очень высокая.

Последний внешний слой – это фильтрующий слой из альгината, который блокирует проникновение патогенов и других материалов в гель.

Сюй сказал, что одной из проблем при создании устройства было создание внутреннего геля, обладающего правильными свойствами для водопоглощения. Первоначально гель был хрупким, поэтому она изменила состав, пока он не стал гибким. Сюй синтезировал материалы и провел исследования, чтобы оценить способность устройства очищать воду, с помощью соавторов Сехмуса Оздена и Навида Бизмарка, научных сотрудников Принстонского института науки и технологии материалов.

Суджит Датта, доцент кафедры химической и биологической инженерии, и Крейг Арнольд, профессор механической и аэрокосмической инженерии Сьюзан Дод Браун и директор Принстонского института науки и технологии материалов, сотрудничали в разработке этой технологии.

Команда изучает способы сделать эту технологию широко доступной с помощью Princeton Innovation, которая поддерживает университетских исследователей в преобразовании открытий в технологии и услуги на благо общества.

READ:   Reclamation выделит 42,4 млн долларов на проекты на западе США

Related Posts