Нехватка питьевой воды является ключевой проблемой во многих частях мира, и это просто жестокая ирония, потому что огромные ее запасы постоянно содержатся в воздухе, оставаясь недоступными. Недавно исследователи из Техасского университета в Остине разработали соленый гидрогель, который может извлекать большое количество пресной питьевой воды прямо из воздуха в условиях относительно низкой влажности.
Новый соленый гидрогель может очень эффективно извлекать пресную воду из окружающего воздуха. Depositphotos
Как следует из названия, гидрогели состоят в основном из воды, но это не отменяет их полезных свойств. Благодаря своей отличной впитывающей способности они могут использоваться в подгузниках и бинтах, а также в качестве осушителей и устройствах, извлекающих питьевую воду из воздуха.
Последнее применение может быть особенно полезным, но, к сожалению, данный процесс довольно медленный и малоэффективный. Добавление гигроскопичных солей, которые также являются активными поглотителями воды, могло бы помочь, но, к сожалению, эти соли не очень хорошо соединяются с гидрогелями.
Поэтому в новом исследовании ученые поставили перед собой задачу найти способ оптимального сочетания этих двух компонентов. Ключевым моментом стало создание полимера из молекул, которые являются "цвиттерионами " (являясь в целом электронейтральной структурой они содержат в себе ионы, как с положительным, так и с отрицательным электрическим зарядом). Это позволяет полимеру прочнее удерживать гигроскопичные соли, и полученный гидрогель очень эффективно поглощает воду из окружающего воздуха.
При этом происходит цикл поглощения и сепарации. Сначала материал оставляют на час, чтобы он всосал влагу из окружающего воздуха. Затем его высушивают в конденсаторе, чтобы извлечь и собрать воду, а затем снова приступают к поглощению. Многократное повторение этого цикла не приводит к снижению активности абсорбции и выделения воды.
Во время испытаний соленый гидрогель показал отличные результаты. Команда смогла извлечь 5,87 литра (1,55 галлона) пресной воды на килограмм материала в день из воздуха с влажностью 30 процентов. Это один из лучших показателей, который когда-либо демонстрировал подобный водосборник - а подобных устройств уже разработано немало, как правило, с использованием металл-органических каркасов в качестве абсорбирующего материала.
При дальнейшей оптимизации эти цвиттерионные гидрогели могут оказаться очень полезными для обеспечения питьевой водой развивающихся и страдающих от засухи регионов.
Аннотация: Сбор атмосферной воды (AWH) рассматривается как одна из перспективных стратегий производства пресной воды, необходимая для обеспечения устойчивого водоснабжения для не имеющих выхода к морю и засушливых регионов. Гигроскопичные материалы привлекли широкое внимание благодаря своим свойствам по сбору воды. Однако введение большого количества неорганических солей часто приводит к агрегации и проблемам утечки при практическом использовании. В данном исследовании в качестве эффективной материальной платформы для AWH разработаны полизвиттерионные гидрогели. Благодаря антиполиэлектролитному эффекту, гигроскопичная соль, связанная с полимерными цепями, может захватывать влагу и усиливать свойство набухания, что приводит к сильной сорбционной способности. Гидрогель демонстрирует превосходные характеристики AWH (0,62 г г-1, 120 минут для достижения равновесия при относительной влажности 30%) и производит 5,87 л кг-1 пресной воды в день. Предполагается, что полицвиттерионные гидрогели с уникальными свойствами, реагирующими на соль, могут дать новое понимание в разработке и синтезе материалов AWH следующего поколения. Техасский университет в Остине
Исследование было опубликовано в журнале Angewandte Chemie.
Источники: Wiley
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202200271
https://onlinelibrary.wiley.com/page/journal/15213773/homepage/press/202203press.html
