• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
24.05.2022
Даниил Сухинов
3 508

Разработана дешевая технология получения питьевой воды из сухого пустынного воздуха

4.8

Примерно две трети населения нашей планеты испытывают нехватку питьевой воды разной степени тяжести, не менее полумиллиарда из них проживают в засушливых районах, где чистую воду брать, казалось бы, неоткуда. Ученые и инженеры из Техасского университета (США) разработали недорогое решение, которое буквально за пару долларов позволит извлекать литры живительной влаги даже из сухого пустынного воздуха при помощи сверхгигроскопичных полимерных пленок.

Тестирование прототипа устройства для получения воды из воздуха с помощью новой супергигроскопичной полимерной пленки / © Youhong Guo et al., Nature Communications, 2022 / Автор: Telestis Scaevinius

По сравнению с традиционными технологиями очистки воды, которые зависят от наличия близлежащего водоема или подземного источника, извлечение воды из воздуха выглядит куда более привлекательной альтернативой, поскольку этот подход не зависит ни от географических, ни от гидрологических условий местности. Воду можно получать, например, улавливанием тумана или конденсацией росы, однако для этого необходима высокая относительная влажность воздуха (более 90%). Очевидно, такие подходы не могут полностью решить проблему, поскольку свыше трети площади земной поверхности имеет среднегодовую влажность ниже 40%. 

Именно поэтому группа исследователей из Техасского университета в Остине (США) решила разработать недорогую технологию сбора атмосферной влаги без расчета на погодные явления потенциального места использования. В новой работе, опубликованной в журнале Nature Communications, они описывают разработку недорогой гелевой супергигроскопичной полимерной пленки, способной вытягивать воду из воздуха даже в самом сухом климате. Материалы, необходимые для создания пленки, стоят всего два доллара за килограмм, а с помощью одного килограмма пленки можно собирать до 5,8 литра воды в день в районах с относительной влажностью менее 15% и до 13,3 литра — в районах с относительной влажностью до 30%. 

Ключевые этапы технологии сбора воды из воздуха (а). Географическое распределение среднегодовой относительной влажности в мире (b). Структура и механизм работы сверхгигроскопичных полимерных пленок (SHPF) (c) / © Youhong Guo et al., Nature Communications, 2022

«Эта новая работа посвящена практическим решениям, которые люди могут использовать для получения воды в самых жарких и засушливых местах на Земле, — объяснил соавтор статьи Гуйхуа Ю (Guihua Yu), профессор Кокреллской инженерной школы Техасского университета. — Это могло бы позволить миллионам людей, не располагающих постоянным доступом к питьевой воде, иметь дома простые водогенерирующие устройства, которыми они могли бы легко управлять». 

Для создания гигроскопичной полимерной матрицы (скелета пленки) исследователи взяли гидроксипропилцеллюлозу и конжаковую камедь — две пищевые добавки, используемые как загустители и стабилизаторы. При смешении они создавали пористую структуру пленки, ускоряющую процесс захвата атмосферной влаги. В порах пленки однородно распределялся третий компонент — гигроскопичная соль LiCl, позволяющая эффективно поглощать атмосферную воду даже при низкой относительной влажности. 

Наличие в составе пленки термочувствительной целлюлозы (гидроксипропилцеллюлозы), которая становится гидрофобной (избегает контакта с молекулами воды) при нагревании, обеспечивает контролируемое высвобождение собранной пленкой влаги в течение 10 минут. При этом, средняя эффективность водосбора (т.е. отношение количества собираемой воды к количеству атмосферной влаги, поглощенной установкой) достигает 87%. 

Конструктивная схема (а) и фотография водосборного устройства (b). Врезка: фотографии капель конденсированной воды (вверху) и увеличенный образец (внизу). Масштабная линейка: 1 см / © Youhong Guo et al., Nature Communications, 2022

Схема работы устройства на основе сверхгигроскопичной полимерной пленки получается весьма простой и изящной: при прохождении влажного воздуха через поры пленки, она насыщается атмосферной влагой из-за своей гигроскопичности (во многом благодаря соли LiCl) и увеличивается в размерах, накапливая воду в полимерной сети. Затем пленку нагревают до 60 °C, чтобы гидроксипропилцеллюлоза стала гидрофобной и чтобы выпарить накопленную в пленке воду, которая затем конденсируется на конденсере, собирается в коллекторе и уводится из системы.

Благодаря этому общие затраты энергии на сбор воды из воздуха сводятся к минимуму, особенно в сравнении с похожими, но энергоемкими и малоэффективными известными технологиями. Кроме того, по словам исследователей, поскольку сама реакция проста, это помогает избегать проблем, связанных с ее масштабированием и массовым применением. 

Схема изготовления сверхгигроскопичной полимерной пленки (SHPF) методом литья (a). Фотография образца SHPF (b). Масштабная линейка: 2 сантиметра. Фотографии пленок различной формы и толщины (с). Масштабная линейка: 1 сантиметр. Изображения пленки, полученные на сканирующем электронном микроскопе (d, e). Масштабная линейка: 200 микрометров. / © Youhong Guo et al., Nature Communications, 2022

Супергигроскопичная пленка получается гибкой и может принимать различные формы и размеры в зависимости от потребностей пользователя. Для ее изготовления требуется только смешать все необходимые ингредиенты, залить смесь в форму и высушить замораживанием, после чего пленку можно сразу использовать. «Для этого вам не нужна ученая степень. Это достаточно просто, и каждый может сделать это дома, если у него есть необходимые материалы», — подытожили ученые.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 15:12
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

7 часов назад
Мария Азарова

Ученые выявили генетическую мутацию, ответственную за напоминающий лакричные конфеты «салмиак» окрас шерсти, который недавно появился у домашних кошек в Финляндии.

Вчера, 11:00
НИУ ВШЭ

Исследователи Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ использовали технологии автоматического распознавания эмоций для изучения благотворительного поведения. В рамках эксперимента ученые показали 45 участникам исследования фотографии собак, нуждающихся в помощи, и предложили сделать пожертвования в их поддержку. Эмоциональные реакции на изображения определяли по мимической активности с помощью программы FaceReader. Оказалось, что чем сильнее участники испытывали грусть и гнев, тем больше денег они готовы были отдать в благотворительные фонды, при этом персональный уровень финансового благополучия не влиял на размер пожертвований.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

Позавчера, 15:12
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

24 мая
Полина Меньшова

Чрезмерный или неконтролируемый просмотр порноконтента, как правило, связан с особенностями психологического и эмоционального состояния человека. Какие именно факторы вызывают потребность в видео «для взрослых», объяснили специалисты из Австралии.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

3 мая
Василий Парфенов

Ледяной покров Антарктики претерпевает значительные изменения на протяжении года, и его поведение хорошо изучено в общем. Но некоторые локальные аномалии объяснить не получается вот уже несколько десятилетий. Одна из них — полынья возвышения Мод, или полынья моря Уэдделла, которая появляется нерегулярно на одном и том же месте. Международная команда океанологов, наконец, смогла разгадать механизмы ее образования.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: