چالش آب آشامیدنی ایمن: یک سیستم جدید تصفیه آب خانگی با انرژی خورشیدی جدید

مطالعه یک رمان قابل حمل را توصیف می کند خورشیدی- سیستم جمع آوری بخار با اریگامی پلیمری که می تواند جمع آوری و تصفیه شود آب با هزینه بسیار کم

تقاضای جهانی برای تمیز کردن رو به افزایش است آب به دلیل رشد جمعیت، صنعتی شدن و آلودگی و فرسودگی ما سیاره منابع طبیعی. خورشیدی-بخار زدن تکنیکی است که در آن انرژی خورشیدی می توان برای تصفیه استفاده کرد آب با تبخیر مواد آلوده آب، آن را دوباره متراکم کرده و تمیزی تازه تولید می کند آب. این تکنیک یک فناوری سبز پاک، تجدیدپذیر و پایدار است که پتانسیل مقابله با کمبود جهانی آب پاک را با استفاده از فراوانی دارد. خورشیدی انرژی. قدرت و کارایی الف خورشیدی-سیستم بخار دهی به طراحی آن و انتخاب مواد فتوترمال بستگی دارد. جاری خورشیدی-تکنولوژی های بخارپزی از مواد گران قیمت و حجیم استفاده می کنند و راندمان پایین و خروجی محدودی دارند. افزایش عملکرد و کاهش هزینه ها به منظور طراحی وزن سبک و قابل حمل همچنان یک چالش باقی مانده است خورشیدی-سیستم بخار دهی که می تواند مستقیماً توسط افراد استفاده شود.

در یک مطالعه جدید منتشر شده در 28 مه در مواد پیشرفته محققان روش جدیدی را برای خورشیدی بخاردهی با طراحی کم هزینه قابل حمل کنترل شده با فشار پایین خورشیدی سیستم جمع آوری بخار که می تواند جمع آوری و تصفیه شود آب استفاده از انرژی نور خورشید آنها یک ماده پلیمری فتوترمال به نام Polypyrrole (PPy) را انتخاب کردند که در طبیعت رسانا است، به دلیل خواص فتوترمال آن مشهور است و کارایی بالایی در تبدیل نور خورشید به گرمای حرارتی نشان می دهد. با الهام از گل رز، طراحی منحصر به فرد این سیستم بخار خورشیدی از کامپوزیت های کاغذی PPy اوریگامی سه بعدی ساخته شده است. یک "رز PPy" که از ورقه های سیاه لایه لایه به شکل گلبرگ تشکیل شده است از طریق تا کردن اوریگامی و پلیمریزاسیون شیمیایی PPy ایجاد شده است. این ساختار اوریگامی به یک لوله پنبه‌ای ساقه‌مانند متصل است که آب خام یا تصفیه‌نشده را از منبع آب جمع‌آوری می‌کند و آن را به ساختار رز PPy که در بالای آن قرار داده شده است تغذیه می‌کند. لوله پنبه ای و فوم پلی استایرن برای جلوگیری از تماس مستقیم بین مواد PPy و آب حجیم استفاده شد.

یک بار درمان نشد آب به گلبرگ، مواد PPy در ساختار گل تبدیل می شود آب بخار و ناخالصی ها به طور طبیعی از آب جدا می شوند. پس از آن، بخار آب باید متراکم شود و سپس آب تمیز برای استفاده جمع آوری شود. محققان با استفاده از یک پمپ خلاء قابل حمل از شرایط کم فشار استفاده کردند. مشاهده شد که این به طور قابل توجهی نرخ تبخیر آب و جمع آوری آب را افزایش می دهد. هنگامی که آب متراکم شد، ظرف شیشه ای جمع آوری کننده فشرده و محکم، آب تمیز را به طور ایمن ذخیره می کند.

اوریگامی سه بعدی جذب نور را به میزان قابل توجهی افزایش داده و سطوح سطحی را افزایش می دهد آب تبخیر در مقایسه با طراحی مسطح دو بعدی معمولی میزان تبخیر و جمع آوری آب به دلیل کاهش فشار محفظه تا 2 درصد افزایش می یابد. اوریگامی PPy تبخیر آب را 52 درصد بهبود بخشید و نرخ جمع آوری بخار بالاتر نیز مشاهده شد. راندمان کلی سیستم تحت یک منبع نوری 71 درصد افزایش یافت. این سیستم بر روی نمونه ای از رودخانه کلرادو در تگزاس، ایالات متحده آزمایش شد. این سیستم آلودگی آب به شکل فلزات سنگین، باکتری ها، نمک را حذف کرده و قلیاییت را کاهش می دهد و استانداردهای آب آشامیدنی تمیز را که توسط WHO تنظیم شده است را کاهش می دهد.

مطالعه حاضر یک طراحی منطقی جدید از یک سیستم جمع آوری بخار خورشیدی قابل حمل کم هزینه با مواد فتوترمال اریگامی سه بعدی را توصیف می کند که نرخ های تبخیر آب و جمع آوری بخار را بهبود می بخشد. هزینه هر سازه گل مانند کمتر از 3 سنت است و می تواند با موفقیت 2 لیتر آب تمیز در ساعت در هر متر مربع تولید کند. این طرح می‌تواند الهام‌بخشی برای ساخت مدل‌های منحصربفرد بخار خورشیدی برای تولید آب تمیز باشد.

***

{شما می‌توانید مقاله پژوهشی اصلی را با کلیک بر روی پیوند DOI که در فهرست منابع ذکر شده در زیر آمده است بخوانید}

منبع (ها)

لی، دبلیو و همکاران 2019. سیستم جمع آوری بخار خورشیدی کم فشار قابل حمل با اوریگامیس پلی پیرول. مواد پیشرفته. http://doi.org/10.1002/adma.201900720