Uit onderzoek blijkt een nieuw, draagbaar, op zonne -energie gebaseerd stoomopvangsysteem met polymeerorigami dat water kan opvangen en zuiveren tegen zeer lage kosten.
Er is een toenemende wereldwijde vraag naar schoon water als gevolg van bevolkingsgroei, industrialisatie en de vervuiling en uitputting van de natuurlijke hulpbronnen van onze planeet . Zonne -stoomzuivering is een techniek waarbij zonne-energie kan worden gebruikt om water te zuiveren door verontreinigd water te verdampen , het opnieuw te condenseren en zo schoon, vers water te produceren . Deze techniek is een schone, hernieuwbare en duurzame groene technologie die de potentie heeft om het wereldwijde tekort aan schoon water aan te pakken door de overvloed aan zonne -energie te benutten. De sterkte en efficiëntie van een zonne -stoomzuiveringssysteem hangen af van het ontwerp en de keuze van fotothermische materialen. De huidige zonne -stoomzuiveringstechnologieën maken gebruik van dure, omvangrijke materialen en hebben een lage efficiëntie en beperkte output. Het is een uitdaging gebleven om de prestaties te verbeteren en de kosten te verlagen om een lichtgewicht en draagbaar zonne- stoomzuiveringssysteem te ontwerpen dat direct door particulieren kan worden gebruikt.
In een nieuwe studie, gepubliceerd op 28 mei in Advanced Materials, beschrijven onderzoekers een nieuwe methode voor zonne- stoomproductie. Ze hebben een goedkoop, draagbaar, drukgecontroleerd zonne -stoomopvangsysteem ontworpen dat water kan opvangen en zuiveren met behulp van zonne-energie. Ze kozen voor een fotothermisch polymeermateriaal genaamd polypyrrole (PPy), dat geleidend is, bekend staat om zijn fotothermische eigenschappen en een hoge efficiëntie vertoont in het omzetten van zonlicht in warmte. Geïnspireerd door de roos, is het unieke ontwerp van dit zonne-stoomopvangsysteem gemaakt van 3D-origami PPy-papiercomposieten. Een 'PPy-roos', bestaande uit gelaagde zwarte vellen in de vorm van bloemblaadjes, werd gecreëerd door middel van origami-vouwen en chemische polymerisatie van PPy. Deze origami-structuur is bevestigd aan een steelachtige, met katoen geïmpregneerde buis die ruw/onbehandeld water uit een waterbron opvangt en naar de PPy-roosstructuur voert. De met katoen geïmpregneerde buis en polystyreenschuim werden gebruikt om direct contact tussen het PPy-materiaal en het water te voorkomen.
Zodra onbehandeld water de bloemblaadjes bereikt, zet het PPy-materiaal in de bloemstructuur het water om in stoom, waardoor onzuiverheden zich op natuurlijke wijze van het water scheiden. Vervolgens moet de waterdamp worden gecondenseerd en het schone water worden opgevangen voor gebruik. Onderzoekers gebruikten een lage druk met behulp van een draagbare vacuümpomp. Dit bleek de verdampingssnelheid en de wateropvang aanzienlijk te verhogen. Nadat het water is gecondenseerd, wordt het schone water veilig opgeslagen in een compacte en stevige glazen opvangpot.
De 3D-origami's zorgden voor een aanzienlijk hogere lichtabsorptie en een groter oppervlak voor waterverdamping in vergelijking met een conventioneel 2D-planair ontwerp. De waterverdampings- en opvangsnelheid werd met 52 procent verhoogd door de verlaging van de kamerdruk. PPy-origami verbeterde de waterverdamping met 71 procent en er werden ook hogere stoomopvangsnelheden waargenomen. De algehele efficiëntie van het systeem nam met 91.5 procent toe onder één lichtbron. Het systeem werd getest op een monster uit de Colorado-rivier in Texas, VS. Het systeem verwijderde verontreinigingen in het water in de vorm van zware metalen, bacteriën en zout, en verminderde de alkaliteit, waardoor schoon drinkwater werd geproduceerd volgens de normen van de WHO.
De huidige studie beschrijft een nieuw rationeel ontwerp van een draagbaar, goedkoop zonne-stoomverzamelsysteem met 3D-origami fotothermische materialen die verbeterde waterverdamping en stoomverzameling biedt. De kosten van elke bloemachtige structuur zijn minder dan 2 cent en het kan met succes 2 liter schoon water per uur per vierkante meter produceren. Dit ontwerp kan een inspiratie zijn om unieke modellen van zonne-stomen te fabriceren voor de productie van schoon water.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
Li, W. et al. 2019. Draagbare lagedruk zonne-stomen, collectie Unisystem met polypyrrole origamis. Geavanceerde materialen. http://doi.org/10.1002/adma.201900720
