Studie beschreibt ein neuartiges tragbares Gerät Solar-- Dampfauffangsystem mit Polymer-Origami, das sammeln und reinigen kann Wasser zu sehr geringen Kosten
Die Nachfrage nach sauberen Wasser aufgrund des Bevölkerungswachstums, der Industrialisierung sowie der Verschmutzung und Erschöpfung unserer Planeten natürliche Ressourcen. Solar-Dämpfen ist eine Technik, bei der Solarenergie kann zur Reinigung verwendet werden Wasser durch Verdunstung kontaminierter Stoffe Wasser, verdichtet es erneut und erzeugt frische, saubere Flüssigkeit Wasser. Bei dieser Technik handelt es sich um eine saubere, erneuerbare und nachhaltige grüne Technologie, die das Potenzial hat, der weltweiten Knappheit an sauberem Wasser entgegenzuwirken, indem sie die Fülle an sauberem Wasser nutzt Solar- Energie. Die Stärke und Effizienz eines Solar--Dampfsystem hängt von seinem Design und der Wahl der photothermischen Materialien ab. Aktuell Solar--Dampftechnologien verwenden teure, sperrige Materialien und haben einen geringen Wirkungsgrad und eine begrenzte Leistung. Es blieb eine Herausforderung, die Leistung zu steigern und die Kosten zu senken, um ein leichtes und tragbares Gerät zu entwickeln Solar--Dampfsystem, das von Einzelpersonen direkt genutzt werden kann.
In einer neuen Studie veröffentlicht am 28. Mai in Fortgeschrittene Werkstoffe Forscher beschreiben eine neuartige Methode für Solar- Dämpfen durch die Entwicklung eines kostengünstigen tragbaren Niederdruckreglers Solar- dampfendes Sammelsystem, das sammeln und reinigen kann Wasser Nutzung von Energie aus Sonnenlicht. Sie entschieden sich für ein photothermisches Polymermaterial namens Polypyrrol (PPy), das von Natur aus leitfähig ist, für seine photothermischen Eigenschaften bekannt ist und eine hohe Effizienz bei der Umwandlung von Sonnenlicht in thermische Wärme aufweist. Das einzigartige Design dieses Solardampfsystems ist von der Blumenrose inspiriert und besteht aus 3D-Origami-PPy-Papier-Verbundwerkstoffen. Durch Origami-Faltung und chemische Polymerisation von PPy wurde eine „PPy-Rose“ hergestellt, die aus geschichteten schwarzen Blättern in Form von Blütenblättern besteht. Diese Origami-Struktur ist an einem stielähnlichen, mit Baumwolle durchzogenen Schlauch befestigt, der rohes/unbehandeltes Wasser aus einer Wasserquelle sammelt und es der oben platzierten PPy-Rosenstruktur zuführt. Mit Baumwolle angereicherte Schläuche und Polystyrolschaum wurden verwendet, um den direkten Kontakt zwischen PPy-Material und Wasser zu verhindern.
Einmal unbehandelt Wasser Wenn die Blütenblätter erreicht sind, verwandelt sich PPy-Material in die Blütenstruktur Wasser in Dampf und Verunreinigungen werden auf natürliche Weise aus dem Wasser abgetrennt. Anschließend muss der Wasserdampf kondensiert und anschließend sauberes Wasser zur Verwendung gesammelt werden. Mithilfe einer tragbaren Vakuumpumpe nutzten die Forscher einen Niederdruckzustand. Es zeigte sich, dass dadurch sowohl die Wasserverdunstung als auch die Wassersammlung erheblich gesteigert wurden. Sobald das Wasser kondensiert ist, speichert das kompakte und stabile Auffangglas sicher sauberes Wasser.
Die 3D-Origamis sorgten für eine deutlich höhere Lichtabsorption und vergrößerte Oberflächen Wasser Verdunstung im Vergleich zu einem herkömmlichen 2D-Planardesign. Durch die Senkung des Kammerdrucks wird die Wasserverdunstung und -sammelrate um 52 Prozent erhöht. PPy Origami verbesserte die Wasserverdunstung um 71 Prozent und es wurden auch höhere Dampfsammelraten beobachtet. Die Gesamteffizienz des Systems stieg unter einer Lichtquelle um 91.5 Prozent. Das System wurde an einer Probe aus dem Colorado River in Texas, USA, getestet. Das System entfernt Verunreinigungen des Wassers in Form von Schwermetallen, Bakterien und Salz und verringert die Alkalität, wodurch sauberes Wasser mit den von der WHO festgelegten Trinkwasserstandards entsteht.
Die aktuelle Studie beschreibt ein neuartiges rationales Design eines tragbaren, kostengünstigen Solar-Dampf-Sammelsystems mit photothermischen 3D-Origami-Materialien, das verbesserte Wasserverdampfungs- und Dampfsammelraten bietet. Die Kosten für jede blumenähnliche Struktur betragen weniger als 2 Cent und sie kann erfolgreich 2 Liter sauberes Wasser pro Stunde und Quadratmeter produzieren. Dieses Design kann eine Inspiration für die Herstellung einzigartiger Modelle des solaren Dampfens für die Produktion von sauberem Wasser sein.
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Quelle (n)
Li, W. et al. 2019. Tragbares Niederdruck-Solar-Steaming-Collection-Unisystem mit Polypyrrol-Origamis. Fortgeschrittene Werkstoffe. http://doi.org/10.1002/adma.201900720
