Nyt solcellemateriale kunne rense drikkevandet

At skaffe rent vand til soldater i felten og borgere rundt om i verden er afgørende, og alligevel en af ​​verdens største udfordringer. Nu kunne et nyt supertransporterende og superlysabsorberende aluminiumsmateriale udviklet med hærfinansiering ændre på det.

Med støtte fra Hærens Forskningskontor, en del af U.S. Army Combat Capabilities Development Command's Army Research Laboratory, forskere ved University of Rochester har udviklet et nyt aluminiumspanel, der mere effektivt koncentrerer solenergi til at fordampe og rense forurenet vand.

"Hæren og dens krigsførere løber på vand, så der er særlig interesse for grundlæggende materialeforskning, der kan føre til avancerede teknologier til fremstilling af drikkevand, "sagde Dr. Evan Runnerstrom, programleder hos ARO. "De kombinerede supertransporterende og lysabsorberende egenskaber af disse aluminiumsoverflader kan muliggøre passiv eller laveffekt vandrensning for bedre at opretholde krigskæmperen i felten."

Forskerne udviklede en laserbehandlingsteknologi, der gør almindeligt kulsort aluminium, gør det meget absorberende, samt super-wicking (det leder vand op ad bakke mod tyngdekraften). De anvendte derefter dette superabsorberende og supertransporterende aluminium til denne solvandsrensning.

Teknologien er med i Naturens bæredygtighed , bruger et udbrud af femtosekund (ultrakorte) laserimpulser til at ætse overfladen af ​​en normal plade af aluminium. Når aluminiumspanelet dyppes i vand i en vinkel mod solen, det trækker en tynd hinde vand opad over metallets overflade. På samme tid, den sorte overflade bevarer næsten 100 procent af den energi, den absorberer fra solen for hurtigt at opvarme vandet. Endelig, vægeoverfladestrukturerne ændrer vandets intermolekylære bindinger, øge effektiviteten af ​​fordampningsprocessen yderligere.

"Disse tre ting tilsammen gør det muligt for teknologien at fungere bedre end en ideel enhed med 100 procent effektivitet, " sagde professor Chunlei Guo, professor i optik ved University of Rochester. "Dette er en simpel, holdbar, billig måde at håndtere den globale vandkrise på, især i udviklingslande."

Eksperimenter fra laboratoriet viser, at metoden reducerer tilstedeværelsen af ​​alle almindelige forurenende stoffer, såsom vaskemiddel, farvestoffer, urin, tungmetaller og glycerin, til sikre niveauer til at drikke.

Teknologien kan også være nyttig i udviklede lande til at afhjælpe vandmangel i tørkeramte områder, og til vandafsaltningsprojekter, sagde Guo.

Brug af sollys til kogning har længe været anerkendt som en måde at eliminere mikrobielle patogener og reducere dødsfald som følge af diarréinfektioner, men kogende vand fjerner ikke tungmetaller og andre forurenende stoffer.

Sol-baseret vandrensning; imidlertid, kan i høj grad reducere disse forurenende stoffer, fordi næsten alle urenheder efterlades, når det fordampende vand bliver gasformigt og derefter kondenserer og opsamles.

Den mest almindelige metode til solbaseret vandfordampning er volumenopvarmning, hvor en stor mængde vand opvarmes, men kun det øverste lag kan fordampe. Dette er åbenbart ineffektivt, Guo sagde, fordi kun en lille brøkdel af varmeenergien bliver brugt.

En mere effektiv tilgang, kaldet grænsefladeopvarmning, flydende steder, flerlags absorberende og fugttransporterende materialer oven på vandet, så kun vand nær overfladen skal opvarmes. Men de tilgængelige materialer skal alle flyde vandret oven på vandet og kan ikke vende direkte mod solen. Desuden, de tilgængelige vægematerialer bliver hurtigt tilstoppet med forurenende stoffer efterladt efter fordampning, kræver hyppig udskiftning af materialerne.

Aluminiumspanelet, som forskerne har udviklet, undgår disse vanskeligheder ved at trække et tyndt lag vand ud af reservoiret og direkte på solabsorberens overflade til opvarmning og fordampning.

"I øvrigt, fordi vi bruger en overflade med åben rille, det er meget let at rengøre ved blot at sprøjte det, " sagde Guo. "Den største fordel er, at panelernes vinkel kontinuerligt kan justeres, så de vender direkte mod solen, når den står op og derefter bevæger sig hen over himlen, før den går ned - maksimerer energiabsorptionen."