Дослідники з Гонконзького політехнічного університету у пошуках варіантів вдосконалення систем опріснення води створили аерогель, що ефективніше проводить опріснення за існуючі системи. 

Наша планета приблизно на 71% складається з води. Однак 97% цієї води міститься в океанах. Залишається лише 3% прісної води, більшість з якої заморожена у вигляді льодовиків. Таким чином переважно джерелами питної води для людства слугують річки та струмки, що складає усього 0,3% від загального обсягу води на планеті. 

І без того мізерна кількість води, яку ми маємо, також перебуває під загрозою через зміну клімату, урбанізацію, забруднення навколишнього середовища і зростання населення планети. Понад 2 млрд людей живуть у місцях, де ключове джерело води зазнало забруднення. 

Патогені мікроби у воді слугують збудниками таких небезпечних захворювань, як холера, діарея, дизентерія, поліомієліт та черевний тиф. У таких умовах опріснення морської води є одним з найбільш перспективних варіантів. Один з методів передбачає використання пористих матеріалів, що поглинають воду, яка випаровується внаслідок нагрівання під Сонцем. Однак проблема більшості випарників, що працюють на сонячній енергії, полягає у тому, що їх дуже важко масштабувати. 

Продуктивність знижується зі збільшенням розміру, оскільки менше водяної пари може пройти крізь матеріали з дрібними порами та товстими стінками. Однак команда дослідників під керівництвом Сі Шеня із Гонконзького політехнічного університету, здається, знайшла рішення. Створений китайськими дослідниками аерогель значно ефективніше опріснює воду за аналогічні методи.

Сонячна енергія залишається найзручнішою для процесу випаровування води. Було здійснено велику кількість спроб розробити спеціалізовані фототермічні матеріали. Світло, що потрапляє на ці матеріали, перетворюється на тепло, що використовується для прискорення випаровування.

Фототермічні матеріали можуть виготовлятись з полімерів, металів, сплавів, кераміки або цементу. Раніше ефективно зарекомендували себе у опрісненні та знезараженні води гідрогелі. Однак вони являють собою полімери, призначені для утримання води, а це негативно впливає на ефективність та стабільність, на відміну від аерогелів, які виготовлені з полімерів, що утримують повітря.

Аерогелі більш жорсткі за гідрогелі, що дозволяє просочуватись крізь їхні пори не тільки воді, а й водяній парі. Єдиною перешкодою для розвитку цих матеріалів була їхня тенденція до зниження ефективності зі збільшенням масштабу.

Губчастий аерогель, надрукований на 3D-принтері шарами з пасти, що містить вуглецеві нанотрубки та целюлозні нановолокна, мав тонкі межі між довгими рівномірно розподіленими мікроскопічними порами. Це дозволило збільшити вихід пари. Кожен шар також заморожувався відразу після друку, щоб на момент друку наступного шару він залишався твердим. 

Дослідники випробували аерогель, додавши його у чашку з морською водою, вкриту вигнутою кришкою із прозорого пластику. Проникаючи крізь пластик, сонячне світло нагрівало аерогель, а водяна пара випаровувалась і конденсувалась на кришці, стікаючи у воронку, яка відводила воду у окремий контейнер. 

Продуктивність їх системи становила близько 3 столових ложок питної води. Але оскільки цей аерогель довговічний і допускає масштабування без шкоди для ефективності, він має потенціал для більшого використання. Шен та його команда продовжать удосконалювати та масштабувати свій метод. 

Результати дослідження опубліковані у журналі ACS Energy

Джерело: ArsTechnica