این مطالعه یک سیستم جمعآوری بخار خورشیدی قابل حمل جدید با اوریگامی پلیمری را توصیف میکند که میتواند آب را با هزینه بسیار کم جمعآوری و تصفیه کند.
به دلیل رشد جمعیت، صنعتی شدن و آلودگی و کاهش منابع طبیعی سیاره ما، تقاضای جهانی برای آب پاک رو به افزایش است. بخارسازی خورشیدی روشی است که در آن میتوان از انرژی خورشیدی برای تصفیه آب با تبخیر آب آلوده، چگالش مجدد آن و تولید آب تازه و تمیز استفاده کرد . این تکنیک یک فناوری سبز پاک، تجدیدپذیر و پایدار است که با استفاده از فراوانی انرژی خورشیدی ، پتانسیل مقابله با کمبود جهانی آب پاک را دارد . قدرت و کارایی یک سیستم بخارسازی خورشیدی به طراحی و انتخاب مواد فتوترمال آن بستگی دارد. فناوریهای فعلی بخارسازی خورشیدی از مواد گرانقیمت و حجیم استفاده میکنند و راندمان پایین و خروجی محدودی دارند. افزایش عملکرد و کاهش هزینهها به منظور طراحی یک سیستم بخارسازی خورشیدی سبک و قابل حمل که بتواند مستقیماً توسط افراد استفاده شود، همچنان یک چالش است.
در مطالعه جدیدی که در تاریخ ۲۸ می در مجله Advanced Materials منتشر شد، محققان با طراحی یک سیستم جمعآوری بخار خورشیدی قابل حمل و کمهزینه و کنترلشده با فشار پایین، روشی جدید برای بخاردهی خورشیدی توصیف میکنند که میتواند با استفاده از انرژی نور خورشید، آب را جمعآوری و تصفیه کند. آنها یک ماده پلیمری فتوترمال به نام پلیپیرول (PPy) را انتخاب کردند که ماهیت رسانا دارد، به دلیل خواص فتوترمال خود شناخته شده است و در تبدیل نور خورشید به گرمای حرارتی، راندمان بالایی از خود نشان میدهد. طراحی منحصر به فرد این سیستم بخاردهی خورشیدی با الهام از گل رز، از کامپوزیتهای سهبعدی اوریگامی PPy-کاغذ ساخته شده است. یک «رز PPy» که از ورقهای سیاه لایهای به شکل گلبرگ تشکیل شده است، از طریق تا زدن اوریگامی و پلیمریزاسیون شیمیایی PPy ایجاد شده است. این ساختار اوریگامی به یک لوله ساقهمانند آغشته به پنبه متصل است که آب خام/تصفیه نشده را از یک منبع آب جمعآوری کرده و آن را به ساختار PPy Rose که در بالا قرار دارد، تغذیه میکند. از لوله آغشته به پنبه و فوم پلیاستایرن برای جلوگیری از تماس مستقیم بین ماده PPy و آب فله استفاده شد.
هنگامی که آب تصفیه نشده به گلبرگها رسید، ماده PPy موجود در ساختار گل، آب را به بخار تبدیل میکند و ناخالصیها به طور طبیعی از آب جدا میشوند. متعاقباً، بخار آب باید متراکم شود و سپس آب تمیز برای استفاده جمعآوری شود. محققان با استفاده از یک پمپ خلاء قابل حمل، از شرایط کم فشار استفاده کردند. مشاهده شد که این امر به طور قابل توجهی سرعت تبخیر آب و جمعآوری آب را افزایش میدهد. پس از متراکم شدن آب، شیشه جمعکننده جمع و جور و محکم، آب تمیز را به طور ایمن ذخیره میکند.
اوریگامیهای سهبعدی در مقایسه با طراحی مسطح دوبعدی مرسوم، جذب نور بهطور قابلتوجهی بالاتری را فراهم کرده و مساحت سطح بیشتری را برای تبخیر آب فراهم میکنند. به دلیل کاهش فشار محفظه، میزان تبخیر و جمعآوری آب ۵۲ درصد افزایش یافته است. اوریگامی PPy تبخیر آب را ۷۱ درصد بهبود بخشیده و میزان جمعآوری بخار نیز بالاتر بوده است. راندمان کلی سیستم تحت یک منبع نور ۹۱.۵ درصد افزایش یافته است. این سیستم بر روی نمونهای از رودخانه کلرادو در تگزاس، ایالات متحده آمریکا آزمایش شد. این سیستم آلودگی آب به شکل فلزات سنگین، باکتریها و نمک را حذف کرده و قلیائیت را کاهش داده و آب تمیز مطابق با استانداردهای آشامیدنی تعیینشده توسط سازمان بهداشت جهانی تولید میکند.
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
