Studie beschrijft een nieuwe draagbare zonne--stomend verzamelsysteem met polymeerorigami dat kan verzamelen en zuiveren water tegen zeer lage kosten
Er is een toenemende wereldwijde vraag naar schoon water als gevolg van bevolkingsgroei, industrialisatie en vervuiling en uitputting van onze economieën planeet natuurlijke bronnen. Zonne-stomen is een techniek waarbij zonne energie kan worden gebruikt om te zuiveren water door verontreinigd te verdampen water, opnieuw condenseren en vers schoon produceren water. Deze techniek is een schone, hernieuwbare en duurzame groene technologie die het potentieel heeft om de mondiale schaarste aan schoon water aan te pakken door gebruik te maken van de overvloed aan water. zonne- energie. De kracht en efficiëntie van een zonne--stoomsysteem is afhankelijk van het ontwerp en de keuze van fotothermische materialen. Huidig zonne--stoomtechnologieën maken gebruik van dure, omvangrijke materialen en hebben een laag rendement en een beperkte output. Het is een uitdaging gebleven om de prestaties te verbeteren en de kosten te verlagen om zo een lichtgewicht en draagbaar product te ontwerpen zonne--stoomsysteem dat direct door particulieren kan worden gebruikt.
In een nieuwe studie gepubliceerd op 28 mei in Geavanceerde materialen onderzoekers beschrijven een nieuwe methode voor zonne- stomen door een goedkope draagbare lagedrukgestuurde machine te ontwerpen zonne- stomend verzamelsysteem dat kan verzamelen en zuiveren water gebruik maken van energie uit zonlicht. Ze kozen voor een fotothermisch polymeermateriaal genaamd Polypyrrole (PPy), dat geleidend van aard is, bekend staat om zijn fotothermische eigenschappen en een hoge efficiëntie vertoont bij het omzetten van zonlicht in thermische warmte. Het unieke ontwerp van dit zonne-stoomsysteem is geïnspireerd op de bloemroos en is gemaakt van 3D-origami PPy-papiercomposieten. Een 'PPy-roos', bestaande uit gelaagde zwarte vellen in de vorm van bloemblaadjes, werd gecreëerd via origami-vouwen en chemische polymerisatie van PPy. Deze origami-structuur is bevestigd aan een stengelachtige, met katoen doordrenkte buis die ruw/onbehandeld water uit een waterbron verzamelt en dit naar de PPy-rozenstructuur voert die bovenop is geplaatst. Er werd gebruik gemaakt van een met katoen doordrenkte buis en polystyreenschuim om direct contact tussen PPy-materiaal en bulkwater te voorkomen.
Eenmaal onbehandeld water de bloembladen bereikt, draait PPy-materiaal in de bloemstructuur water omgezet in stoom en onzuiverheden die op natuurlijke wijze uit het water gescheiden zijn. Vervolgens moet de waterdamp worden gecondenseerd en vervolgens moet schoon water worden opgevangen voor gebruik. Onderzoekers gebruikten een lagedrukconditie door een draagbare vacuümpomp te gebruiken. Er werd gezien dat dit de snelheid van zowel de waterverdamping als de waterverzameling aanzienlijk verbeterde. Zodra het water is gecondenseerd, slaat de compacte en stevige glazen opvangpot veilig schoon water op.
De 3D-origami's zorgden voor een aanzienlijk hogere absorptie van licht en verbeterde oppervlakten water verdamping in vergelijking met een conventioneel 2D vlak ontwerp. De waterverdampings- en opvangsnelheid wordt met 52 procent verhoogd dankzij de verlaging van de kamerdruk. PPy-origami verbeterde de waterverdamping met 71 procent en er werden ook hogere stoomopvangpercentages waargenomen. De algehele efficiëntie van het systeem steeg met 91.5 procent onder één lichtbron. Het systeem werd getest op een monster uit de Colorado-rivier in Texas, VS. Het systeem verwijderde de vervuiling van water in de vorm van zware metalen, bacteriën en zout en verlicht de alkaliteit, waardoor schoon water ontstaat dat voldoet aan de drinknormen zoals vastgesteld door 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
