Ny nanokomposit forbedrer solafdampning til vandrensning

Global mangel på drikkevand er et alvorligt problem for mennesker. Vandrensning bruger en stor mængde fossil energi og genererer sekundær forurening.

Solar-termisk grænsefladefordampning er blevet betragtet som den mest lovende strategi til at løse dette problem. Det er dog stadig en udfordring at udvikle et optimeret materiale med både effektiv soldampkonvertering og god miljøtolerance.

Forskere fra Institute of Process Engineering (IPE) under det kinesiske videnskabsakademi har udviklet en ultrastabil amorf Ta₂ O₅ /C nanokomposit med en hul multishelled struktur (HoMS) til solafdampning, som kan forbedre effektiviteten af ​​vandrensning.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Advanced Materials den 29. oktober.

"Den præcise atom- og sammensætningskontrol i byggestenen af ​​HoMS realiserer en indirekte båndgab-struktur med rigelige energitilstande omkring Fermi-niveauet, hvilket forbedrer ikke-strålende afslapning for at lette fototermisk omdannelse," sagde prof. Wang Dan, den tilsvarende forfatter til undersøgelsen. "Den unikke hule flerskallede struktur kan effektivt forbedre lysabsorptionen som en sort krop."

HoMS reducerer den energi, der kræves til vandfordampning. Simuleringsresultater viser, at HoMS etablerer en termisk feltgradient, hvilket giver drivkraften til dampfordampning.

"HoMS gavner også vandtransport," sagde Wang, "De indelukkede hulrum i HoMS fremmer diffusion af flydende vand på grund af den kapillære pumpeeffekt, og nanoporerne i HoMS inducerer vandmolekyler til at fordampe i form af klynger, hvilket muliggør fordampning med mindre entalpi ."

Med højeffektiv fotoabsorption og fototermisk konvertering, en superhurtig fordampningshastighed på 4,02 kg m ^-2 h ^-1 er opnået. Fordampningshastigheden ændrede sig næsten ikke efter 30 dage og uden saltophobning, hvilket indikerer en langsigtet stabilitet.

Navnlig kunne koncentrationen af ​​pseudovirus SC2-P reduceres med seks størrelsesordener efter fordampning.

Denne amorfe Ta₂ O₅ /C-komposit kan let fremstilles, transporteres, opbevares og genbruges. Det kan anvendes til rensning af havvand, eller på tungmetal- eller bakterieholdigt vand, for at opnå drikkevand, der opfylder Verdenssundhedsorganisationens standard.

Forskerne fra IPE er ved at forberede en prototype på afsaltning af havvand til beboerne på isolerede øer. + Udforsk yderligere

Mekanismerne for øget fordampningsflux gennem nanokanaler