Solar dampgeneratorer kunne laves med træ, stof eller svampe

Når den globale befolkning vokser, ferskvandsforsyninger er mere værdifulde end nogensinde. Mens forskere og ingeniører ved, hvordan man renser vand, at gøre disse metoder bæredygtige og energieffektive er et andet spørgsmål.

En lovende tilgang er solcelledrevet destillation, eller generering af soldampe, som kan hjælpe os med at få ferskvand fra spildevand eller havvand. Forskere har brugt denne metode til med succes at destillere små partier af renset vand, men de leder stadig efter en måde at gøre dette på i stor skala.

Forskere ved University of Chicago's Pritzker School of Molecular Engineering og UChicago-tilknyttede Argonne National Laboratory var en del af et team, der udviklede en banebrydende ny metode til generering af soldampe, der kunne hjælpe med at bringe denne teknologi ind i den virkelige verden. Materialerne kan dyrkes oven på træ, stof eller svampe i en let, et-trins proces, og viser løfte om storstilet fremstilling.

"Solar dampgenereringsteknikker er stadig mest fokuserede på laboratoriebrug nu, "sagde Zijing Xia, en kandidatstuderende ved Pritzker Molecular Engineering og hovedforfatter af forskningen. "Vi ønsker at finde en nem måde at fremstille solcelle -dampgeneratorer til relativt lave omkostninger."

Resultaterne af deres innovative arbejde blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Avancerede materialer Grænseflader.

I søgen efter soldampe systemer, forskere har allerede prøvet forskellige materialer, der omdanner lys til varme, såsom kulstofmaterialer, plasmoniske metaller og halvledere. Men mange af disse muligheder har relativt lav effektivitet, blandt andre udfordringer, og derfor fortsætter søgningen efter en virkelig transformerende metode.

En højtydende solar dampgenerator vil ideelt set kombinere flere egenskaber. Det skal være flydende på vand, være i stand til at absorbere et bredt spektrum af lys, konvertere lys til varme effektivt og være i stand til at overføre denne varme til vand. Desværre, mange tidligere undersøgte metoder mangler den porøse struktur, der er nødvendig for at lette varmeoverførslen til vand.

"De fleste eksisterende metoder kan ikke let konstrueres til at producere dampgenererende enheder med både vilkårlig kontrol over formen og høj fototermisk effektivitet, "Sagde Xia.

Det, der adskiller Xia's metode, er brugen af ​​en porphyrin kovalent organisk ramme, eller POF. En nyopdaget klasse af materialer, POF'er kan vokse ensartet på overfladen af ​​en række materialer med forskellige porøsitetsniveauer, og de viser høj ydeevne til fordampning af vand. POF'er har også unikke lyshøstegenskaber, der er gavnlige for nye applikationer.

I laboratoriet, POF'er voksede med succes på de indre og ydre overflader af hvert testet materiale. Og hver skabelon viste gunstige fototermiske egenskaber, hvilket angiver, at POF-baserede materialer er lovende kandidater til produktion af soldampe. POF -membranen var i stand til at fange mere end 95 procent af lyset på tværs af størstedelen af ​​solens spektrum.

Det mest lovende resultat af forskningen, Xia sagde, var POF'ernes evne til at vokse på overfladen af ​​mange forskellige slags materialer, herunder membraner, tekstiler, svampe og træ. Træet viste særlig stærk ydeevne, med forskere, der måler cirka 80 procent lys-til-damp-konverteringseffektivitet.

POF'ernes evne til at vokse på mange typer materialer gør dem let tilpasselige til brug med lokalt tilgængelige materialer. Denne alsidighed, kombineret med det lette, et-trins fremstillingsproces, kunne gøre metoden praktisk til storstilet produktion.

Den POF-baserede tilgang viste sig at være yderst effektiv i et laboratorium, og forskerholdet planlægger at udføre yderligere eksperimenter uden for laboratoriet for at observere den praktiske ydeevne af POF'er.

Indtil nu, forskningen tyder på, at POF'er kan hjælpe med at drive fremtidens bæredygtige vandrensningssystemer.

"POF-baseret interface engineering design viser løfte om store rensningsmetoder, og det kunne også bruges til afsaltning, spildevandsrensning og videre, "Sagde Xia.