Ukosefu wa maji safi ni changamoto kubwa kwa maendeleo ya kijamii. Inaelezwa kuwa asilimia 29 ya watu duniani wanakosa maji safi ya kunywa, na mahitaji ya maji safi bado yanaongezeka kutokana na ongezeko la watu na masuala ya mazingira. Maji safi yanayohusiana na usafi wa mazingira ni muhimu hasa katika muktadha wa mlipuko wa sasa wa ugonjwa wa coronavirus (Neocoronavirus pneumonia). Uvukizi wa maji unaotumia nishati ya jua unachukuliwa kuwa mojawapo ya teknolojia inayotia matumaini zaidi ya kuzalisha maji safi kutoka kwa maji ya bahari na maji machafu kwa kutumia mwanga wa jua kama njia pekee ya kuingiza nishati. Teknolojia hiyo inategemea sana vifyonzaji vya jua, ambavyo hufanya kama vivukizi kubadilisha nishati ya jua kuwa joto ili kutoa mvuke. Ili kufikia viwango vya juu vya uvukizi wa maji na ufanisi wa ubadilishaji wa joto la jua, nyenzo bora inapaswa kuwa na aina mbalimbali ya kunyonya ili kutumia kwa ufanisi sehemu kubwa ya wigo wa jua, upitishaji wa chini wa mafuta ili kukandamiza upotevu wa joto, na njia za porous tatu-dimensional (3D) kwa usafiri bora wa maji. Kufikia sasa, wanasayansi wameunda vifaa anuwai vya joto kulingana na kaboni (kwa mfano, graphene au carbon nanotubes), polima, metali na oksidi za chuma na mahuluti yao, nk.
Wanasayansi wamekuwa wakifanya kazi kwa bidii kuchunguza na kufanya mafanikio mengi katika miaka ya hivi karibuni, kwa hivyo hebu tujifunze kutoka kwa machapisho kadhaa ya mada kuhusu maendeleo ya utafiti katika uzalishaji wa maji safi ya joto katika miaka ya hivi karibuni.
- Mawasiliano ya Asili: Majani ya mmea huhamasisha kisafishaji maji kinachotumia nishati ya jua, chenye ufanisi wa hali ya juu
Majani ya mimea asilia ya mishipa hutegemea tofauti katika shinikizo la osmotiki, upitishaji hewa na uondoaji wa maji ili kutoa tani nyingi za maji safi, yanayoendeshwa na mwanga wa jua. Wakiongozwa na hili, watafiti katika kundi la Chun Li katika Chuo Kikuu cha Qinghua wameripoti kisafishaji kinachoendeshwa na mwanga wa jua kwa ajili ya utakaso na uzalishaji mzuri wa maji. Kisafishaji hiki kinachoendeshwa na mwanga wa jua kina hidrojeli ya poly(N-isopropylacrylamide) (PN) yenye mwitikio hasi wa joto iliyotiwa nanga kwenye uti wa mgongo wa povu la melamine lenye maji mengi na kufunikwa na utando wa kichujio cha graphene (PG) iliyobadilishwa na PNIPAm nje. Simulizi za mienendo ya molekuli na matokeo ya majaribio yalionyesha kuwa asili ya maji mengi ya uti wa mgongo wa melamine ulio mgumu kiasi iliharakisha kwa kiasi kikubwa kiwango cha uvimbe/kuondoa uvimbe wa kisafishaji cha PNPG-F. Chini ya mionzi hiyo hiyo ya mwanga wa jua, muundo huu ulioundwa kwa busara ulitoa mkusanyiko wa kilo 4.2/m2/saa na > 99% ya ioni kuondolewa kwa PNPG-F moja kutoka kwa mlisho wa maji ya chumvi kupitia athari za ushirikiano wa uvukizi na kuongeza matone. Mwandishi anafikiria matumizi makubwa yanayowezekana kwa mfumo huu wenye ufanisi mkubwa unaoendeshwa na jua katika matumizi mbalimbali ya matibabu ya maji. Utafiti huo ulichapishwa kama karatasi yenye kichwa "Majani ya mimea huchochea kisafishaji kinachoendeshwa na jua kwa ajili ya uzalishaji wa maji safi kwa ufanisi mkubwa" katika jarida dogo la Nature Nature communications.
- Maendeleo ya Sayansi: Mitandao ya polima yenye unyevunyevu wa hidrojeni zinazofyonza mwanga kwa ajili ya utakaso wa maji ya jua.
Uvukizi wa maji ya jua kwa ajili ya utakaso wa maji ni teknolojia ya kuahidi kwa uzalishaji wa maji safi. Hata hivyo, uzalishaji wa mvuke wa jua unatumia nishati nyingi, na hivyo kusababisha uzalishaji mdogo wa maji chini ya mwanga wa asili wa mchana. Kwa hiyo, kuna haja kubwa ya kuendeleza nyenzo mpya ambazo zinaweza kupunguza mahitaji ya nishati ya uvukizi wa maji na kuharakisha utakaso wa maji ya jua. Kundi la Profesa Guihua Yu huko Austin, Texas, Marekani, liliripoti hidrojeli (h-LAH) yenye unyevunyevu sana inayofyonza mwanga inayojumuisha pombe ya polyvinyl na chitosan kama uti wa mgongo wa uhamishaji na polypyrrole kama kifyonza mwanga, ambacho kinaweza kutumia nishati kidogo (<50% ya ujazo wa maji) kuyeyusha maji. Ilionyeshwa kuwa kuongeza uwezo wa kunyunyiza wa h-LAH kunaweza kubadilisha hali ya maji na kuamsha maji kwa sehemu, na hivyo kuwezesha uvukizi wa maji. h-LAH iliongeza uzalishaji wa mvuke wa jua hadi kiwango cha rekodi cha ~3.6 kg/m2/h katika jua 1. Uvukizi wa maji ya jua unaotegemea h-LAH pia ulionyesha uimara wa muda mrefu na sifa za kuzuia uchafu dhidi ya uchafuzi changamano wa ioni. Utafiti huo ulichapishwa katika karatasi yenye kichwa "Majani ya mmea yaliongoza kisafishaji kinachoendeshwa na jua kwa ajili ya uzalishaji wa maji safi wa ufanisi wa juu" katika Jarida la Sayansi Maendeleo ya Sayansi".
- Angew: Nyenzo za COF zenye superhydrophilicity na ufyonzwaji wa mwanga wa urefu wa wimbi mpana kwa uvukizi wa maji ya joto.
Hali ya haidrofobu na ufyonzwaji mdogo wa mwanga wa polima za kikaboni zenye vinyweleo, hasa katika eneo la karibu na infrared (NIR), ni vikwazo viwili vinavyozuia utumiaji wake katika uzalishaji wa mvuke wa jua (SSG). Watafiti katika kikundi cha Xiaoli Yan katika Chuo Kikuu cha Jilin wameunda mfumo wa kikaboni wa ushirikiano (COF) kulingana na 1,4,5,8 tetrakis(phenylamino)anthracene-9,10-dione (TPAD) (TPAD-COF), ambayo ina sifa ya superhydrophilicity na ufyonzwaji wa mwanga mpana unaofunika SSG inayoonekana kutoka eneo zima la UV/UV. TPAD-COF, kama nyenzo bora ya kubadilisha hewa ya joto bila viungio vyovyote, huonyesha uvukizi bora wa maji wa kilo 1.42/m2/h na kufikia ufanisi wa juu wa ubadilishaji wa nishati wa 94% chini ya mwaliko mmoja wa nguvu ya jua. Upanuzi zaidi wa safu ya unyonyaji wa mwanga wa COF inayotegemea TPAD ulifikiwa kwa urekebishaji wa baada ya kusanisi wa molekuli za BF2 zilizo chelated. Majaribio na uchanganuzi wa udhibiti wa kimfumo unathibitisha kuwa haidrofili ya nyenzo za ubadilishaji wa hewa ya joto ina jukumu kubwa zaidi katika COF za sasa za TPAD zinazotumiwa kwa uvukizi wa maji ya joto. Kazi ya utafiti, yenye kichwa "Superhydrophilic2D Covalent Organic Frameworks as Broadband Absorbers for Efficient Solar Steam Generation," ilichapishwa katika jarida la ngazi ya juu la kimataifa la Angewise. Kazi hiyo ilichapishwa katika jarida kuu la kimataifa la Angew. Chem. Int. Mh.
- JACS: Hydrophilic-hydrophobic dual-region COF/graphene hydrogel kwa uvukizi wa maji ya joto.
Uvukizi wa maji ya jua ni teknolojia endelevu ya matibabu ya maji ambayo inaweza kusaidia kupunguza uhaba wa maji duniani. Hata hivyo, teknolojia hii inakabiliwa na changamoto kubwa kwa sababu ya matumizi makubwa ya nishati na kiwango cha chini cha uvukizi wa uvukizi wa maji. Kundi la Prof. Arne Thomas katika Chuo Kikuu cha Kiufundi cha Berlin, Ujerumani, linaripoti mfumo wa kikaboni wa ushirikiano (COF)/graphene hidrojeli ya eneo-mbili ambayo ina maeneo ya haidrofili na haidrofobu katika nyenzo moja kupitia mkakati rahisi wa ukuaji wa situ. COF haidrofili inashughulikia sehemu ya eneo la graphene ya haidrofobu. Kwa udhibiti sahihi wa maeneo hayo mawili ya unyevunyevu, haidrojeli mseto huonyesha uvunaji mwanga mzuri, unyevu unaoweza kusomeka, kiwango cha maji kilichoboreshwa, na hitaji lililopunguzwa la nishati kwa uvukizi wa maji. Kama kifyonzaji cha jua, hidrojeli ya sehemu mbili hufikia kiwango cha uzalishaji wa mvuke cha hadi kilo 3.69/m2/h kwa miale ya jua 1 (1kw/m2), ambayo inalinganishwa na nyenzo zingine za hali ya juu. Kwa kuongeza, evaporator hii ya hydrogel inaweza kutumika kuzalisha maji ya kunywa kutoka kwa maji ya bahari na maji taka, kuonyesha uwezekano wa matibabu ya maji. Kazi ya utafiti ilichapishwa katika jarida la JACS kama "Mfumo wa Kikaboni wa Kiumbe/Graphene Hydrogel ya Eneo-mbili la Uzalishaji wa Maji Ulioimarishwa wa Nishati ya jua", JACS, jarida kuu la kimataifa.
- Maendeleo ya Sayansi: Muundo wa blade ya lily iliyohamasishwa na ufanisi wa hali ya juu ya uvukizi wa maji
Katika miaka ya hivi majuzi, uzalishaji wa mvuke wa jua ulio na uso wa uso umeonyesha uwezo mkubwa katika kufikia ufanisi wa juu wa ubadilishaji wa nishati kwa kuondoa chumvi na matibabu ya maji machafu. Hata hivyo, viwango vya juu vya uvukizi haviwezi kudumishwa kutokana na mkusanyiko unaoonekana kuepukika wa uchafu au chumvi kwenye kifyonzaji cha jua. Uharibifu huharakishwa kadiri mkusanyiko wa solute unavyoongezeka. Ili kukabiliana na tatizo hili, kikundi cha Prof. Jia Zhu katika Chuo Kikuu cha Nanjing, kwa kuchochewa na muundo wa majani ya yungi ya maji, kilibuni muundo wa hatua nyingi (Water-lily-inspired Hierarchical Structure (WHS) kifaa cha kubadilisha mvuke-photothermal, ambacho kinaweza kufikia 80% ufanisi wa ubadilishaji wa picha wakati wa kutibu 10 wt ya maji yenye thamani ya wt 30% ya maji yenye thamani ya wt XNUMX%. kutaja kwamba ufanisi wa ubadilishaji wa photothermal haupunguzi kwa kiasi kikubwa wakati wa matibabu ya brine iliyojaa sana na maji machafu hadi uvukizi ukamilike (yaani, "kutokwa kwa sifuri"), na uso unabakia kuwa safi.
- Nishati ya Nano: Disulfidi ya Molybdenum kwa uvukizi wa maji ya jotoardhi
Watafiti katika kundi la Lifeng Wan katika Taasisi ya Vifaa vya Frontier ya Chuo Kikuu cha Deakin wameunda mfululizo wa miundo ya metali ya mpito ya disulfidi na nitridi yenye utajiri wa nitridi kwa ajili ya uvukizi wa maji kwa njia ya jua kupitia mabadiliko ya fuwele kwa sehemu. Hasa, miundo hii ya hetero ya 2D ya hali ya juu inaonyesha unyonyaji ulioboreshwa wa spektra katika safu ya infrared na utulivu bora wa kemikali katika myeyusho tofauti, ikiwa ni pamoja na maji, asidi na besi. Muhimu zaidi, kutokana na kiwango kilichoongezeka cha unyonyaji wa spektra na upotevu mdogo wa joto, kifaa cha joto cha jua cha povu ya melamine (MF) cha MoS2-Mo5N6/melamine (MF) kinaonyesha kiwango cha juu cha uvukizi (kilo 2.31 m-2h-1) na ufanisi wa ubadilishaji (106.6%), ambazo ni mara 1.4 na 4.7 zaidi kuliko zile za vifaa vya jua vya MoS2/MF na MF/maji, mtawalia. Kazi hii hutoa mfululizo wa miundo ya hetero ya nitridi yenye utajiri wa nitridi yenye utajiri wa nitrojeni ya 2D-2D yenye utendaji bora wa jua kwa ajili ya uzalishaji wa maji kwa jua. Kazi hii ilichapishwa katika Nano energy, jarida maarufu la kimataifa, kama "Miundo ya hali ya juu ya 2D-2D ya dichalcogenides za metali za mpito na nitridi zenye nitrojeni nyingi kwa ajili ya uzalishaji wa maji ya jua".
Teknolojia ya uvukizi wa maji ya jua yenye jotoardhi inatarajiwa kutatua uhaba wa maji safi duniani, kinachopaswa kutatuliwa kwa sasa ni maandalizi ya gharama nafuu ya vifaa vya kupitisha joto, uendeshaji wa ufanisi wa juu, pamoja na utulivu na uwezo wa matumizi katika mazingira ya matumizi ya vitendo, tukitazamia matokeo zaidi katika siku zijazo kwa manufaa ya mapema ya wanadamu wote!
Kwa maelezo zaidi kuhusu Melamine Povu, tafadhali wasiliana nasi kwa [email protected] au wasiliana nasi kwa: +86-28-8411-1861.
Baadhi ya picha na maandishi yametolewa tena kutoka kwa Mtandao, na hakimiliki ni ya mwandishi asilia. Ikiwa kuna ukiukaji wowote, tafadhali wasiliana nasi ili kufuta.