新太陽能技術可大量生產飲用水

作者: 伊人影院科技集團 / 時間: 2019-07-13 00:43:00
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新太陽能技術可大量生產飲用水

  這種太陽能蒸餾器能產生創紀錄的淡水。圖片來源:UT AUSTIN

  被稱為“太陽能蒸餾器”的罐式設備能夠利用太陽光蒸發髒水或鹹水,並將蒸汽凝結成安全的飲用水。但是大而昂貴的蒸餾器隻能為一個小家庭提供足夠的水。如今,研究人員已經開發出一種新材料,可以加速蒸發過程,使小型太陽能蒸餾器能夠提供一個家庭所需的全部飲用水。如果這項技術被證明足夠便宜,它將可以為數百萬貧困人口提供清潔的飲用水。

  聯合國兒童基金會的數據顯示,目前全球有7.83億人,即接近1/10的人口無法獲得這種服務。這些人每天花費共計兩億小時從遙遠的水源取水。盡管目前已有淨化汙水和淡化海水的技術,但這些技術通常需要昂貴的基礎設施和大量能源,而這讓許多社區無法承受。

  近來,研究人員一直致力於將太陽能蒸餾器升級為一種廉價、低技術含量的替代品。傳統的蒸餾器不過是一個裝滿水的黑底容器,頂部是透明的玻璃或塑料蓋。黑色的底部吸收陽光,加熱水,使其蒸發,並留下汙染物。然後水蒸氣凝結在透明的覆蓋物上,最終慢慢進入一個收集器。

  但是,由於太陽光必須在蒸發開始前加熱全部體積的水,導致水的輸出量很低。商業上可用的版本每平方米的覆蓋麵積每小時產生約0.3升水(L/h/m2)。一個人每天需要大約3升的飲用水。為一個小家庭提供足夠的飲用水大約需要5平方米左右的麵積。理論上,在這種裝置的最佳運行狀態下,隻能產生1.6 L/h/m2。

  美國得克薩斯大學奧斯汀分校材料科學家Guihua Yu和他的同事最近報告了一種繞過這一極限的新方法。它包括水凝膠,以及形成一個三維多孔吸水網絡的聚合物混合物。

  Yu和同事用兩種聚合物—— 一種叫做聚乙烯醇(PVA)的水結合聚合物,另一種叫做聚吡咯(PPy)的光吸收劑——製成了一種凝膠狀海綿,然後把它們放在一個太陽能蒸餾器的水麵上。

  在凝膠內部,一層水分子與PVA緊密結合,每一層水分子都形成多個化學鍵,稱為氫鍵。但由於它們的大部分鍵合能力都與PVA有關,結合水分子隻能鬆散地與附近的其他水分子結合,最終形成了Yu所說的“中間水”。

  由於中間水分子與相鄰水分子之間的化學鍵更少,3m 比特幣怎樣注冊,所以它們比普通水更容易蒸發。在這種情況下,它們會立即被蒸餾器中的其他水分子所取代。

  使用這種技術,Yu的太陽能蒸餾器能夠產生3.2 L/h/m2的水,這是理論極限值的兩倍。Yu的團隊去年曾在《自然—納米技術》雜誌上報告了這一研究成果。

  如今,Yu和他的同事已經研製了一種更好的水凝膠。這種水凝膠與第三種聚合物殼聚糖混合,後者能夠強烈吸收水。在混合物中加入殼聚糖可以形成一種凝膠,能夠容納更多的水,從而增加了中間水的數量。

  研究人員6月28日在《科學進展》雜誌上報告稱,使用這種新型水凝膠蒸餾水的太陽能蒸餾器能夠以3.6 L/h/m2的速度工作,這是迄今報道的最高速度,大約是目前市麵上同類產品的12倍。

  “這是一個極好的起點。”沙特阿拉伯圖瓦爾阿卜杜拉國王科技大學環境工程師Peng Wang說。Wang指出,在這樣高的產水率下,1平方米的太陽能蒸餾器可以每天生產大約30升清潔飲用水,足夠一個小家庭使用。

  他說,更好的是,水凝膠中的所有3種聚合物都是商用的,而且價格便宜。這意味著,如果使用這些聚合物的蒸餾器足夠堅固,它們可以為那些最需要的人提供幹淨的飲用水 。(趙熙熙)

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