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新的太阳能技术可以为数百万需要的人提供干净的饮用水

被称为太阳能蒸馏器的坦克式装置利用太阳蒸发脏水或咸水并将蒸汽冷凝成安全的饮用水。但是大而昂贵的剧照只能为小家庭生产足够的水。现在,研究人员已开发出一种新材料,可加速蒸发过程,使小型太阳能蒸馏器能够提供一个家庭所需的所有饮用水。如果该技术证明足够便宜,它可以为数百万贫困人口提供清洁饮用水。

联合国儿童基金会表示,今天全世界有7。83亿人,或近十分之一的人缺乏此类服务。这些人每天花费2亿小时从遥远的地方取水。尽管存在净化污染水和淡化海水的技术,但这些技术通常需要昂贵的基础设施和大量能源,这使得它们超出了许多社区的范围。

最近,研究人员一直致力于将太阳能蒸馏器升级为廉价的低技术替代品。传统的仍然只是一个装满水的黑底容器,顶部是透明的玻璃或塑料。黑色底部吸收阳光,加热水使其蒸发并留下污染物。然后水蒸气凝结在透明的覆盖物上并滴入收集器中。

但是产量很低,因为太阳光线必须在蒸发开始前加热整个水量。商业上可获得的版本每小时每平方米(L / h / m2)产生约0。3升水,覆盖水的表面积。一般人每天需要约3升水才能饮用。为小家庭提供足够的饮用水需要约5平方米的面积。这些设备的理论效果最佳,只能生产1。6 L / h / m2。

德克萨斯大学奥斯汀分校的材料科学家Guihua Yu及其同事最近报道了这种限制的方法。它涉及水凝胶,聚合物混合物,形成3D多孔吸水网络。Yu和他的同事制作了一种由两种聚合物组成的凝胶海绵 - 一种是一种称为聚乙烯醇(PVA)的水结合聚合物,另一种是称为聚吡咯(PPy)的光吸收剂 - 然后它们放置在太阳能蒸馏器的水面上。

在凝胶内部,一层水分子与PVA紧密结合,每个水分子形成多个化学键,称为氢键。但是由于它们的粘合能力与PVA密切相关,结合的水分子只能松散地与其他附近的水分子结合,形成Yu所谓的“中间水”。由于中间水分子与邻居的共享点较少,它们蒸发的更多比普通水容易。当他们这样做时,他们会立即被静止中的其他水分子取代。使用这项技术,Yu的太阳能仍然产生3.2升/小时/平方米的水,是理论极限的两倍,他的团队去年报道了Nature Nanotechnology。

现在,Yu和他的同事创造了一种更好的水凝胶。他们混合了第三种聚合物,称为壳聚糖,它也强烈吸引水分。向混合物中添加壳聚糖产生了可以容纳更多水的凝胶,并因此增加了中间水的量。研究人员今天在“科学进展”杂志上报告说,仍然使用3.6升/小时/平方米的新水凝胶蒸馏水,这是有史以来报道的最高比例,是目前商用版本产量的12倍。

“这是一个很棒的起点,”沙特阿拉伯Thuwal的阿卜杜拉国王科技大学环境工程师王鹏说。Wang指出,在这个较高的水生产率下,1平方米的太阳能每天可以生产约30升的清洁饮用水,足以满足一个小家庭的需求。他说,更好的是,水凝胶中的所有三种聚合物都是商业上可买到且便宜的。这意味着如果使用它们的剧照足够坚固,它们可以帮助那些最需要它的人提供干净的水。

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