Антигравитационная система транспорта воды, подобная деревьям

Аэрогели, покрытые углеродными нанотрубками, вытягивают воду вверх и превращают в пар, очищая ее для сбора.

Эффективное перемещение воды вверх при противодействии силы тяжести - это главный подвиг нашей инженерии, который деревья осваивали сотни миллионов лет. В новом исследовании учеными разработана система водного транспорта, основанная на процессах происходящих в растениях и деревьях, которая использует капиллярные силы для перемещения грязной воды вверх через иерархически структурированный аэрогель, где она может затем превращаться в пар с помощью солнечной энергии для получения уже чистой воды.

Новая система транспортировки воды

Исследователи во главе с Айпингом Лю из Чжэцзянского научно-технического университета и Хао Баем из Чжэцзянского университета опубликовали статью о новом методе переноса воды и генерации пара от солнечной энергии в издании ACS Nano. В будущем эффективные методы водного транспорта могут найти применение при очистке и опреснении воды.

«Наш метод универсален и может быть применен в промышленности», - сказал Лю. «Наши материалы обладают превосходными свойствами и хорошей стабильностью, и их можно многократно использовать. Это дает возможность для крупномасштабного опреснения и очистки сточных вод в будущем».

Новая система состоит из двух основных компонентов: длинного, пористого, сверхлегкого аэрогеля для транспортировки воды и слоя углеродных нанотрубок поверх аэрогеля для поглощения солнечного света и превращения воды в пар. Система заключена в стеклянную тару. Вода движется вверх через поры в аэрогеле благодаря капиллярным силам, которые вызваны адгезией между молекулами воды и внутренней поверхностью пор. Как только вода достигает вершины, слой углеродных нанотрубок, нагретый солнечной энергией, превращает воду в пар, при этом удаляются любые загрязнения. Пар конденсируется по бокам окружающего стеклянного контейнера, образуя капли воды, которые стекают вниз на дно контейнера в резервуар для сбора.

Этот дизайн очень похож на тот, который используют растения. Растения содержат много крошечных ксилемных капилляров, которые вытягивают воду из земли и передают ее к своим ветвям и листьям - иногда на мпногие метры вверх. Как только вода достигает листьев, солнечное излучение заставляет воду испаряться через крошечные поры в листьях, подобно углеродному генератору (слой углеродных нанотрубок) солнечного пара.

Воссоздание эффективной древовидной водной транспортной системы было сложной задачей, так как большинство предыдущих попыток демонстрировали относительно низкие скорости транспортировки, не большие расстояния и не высокую производительность при транспортировке сточных вод и морской воды. С новым дизайном аэрогеля исследователи продемонстрировали высокие результаты, достигнув производительности восходящего потока 10 см за первые 5 минут и 28 см за 3 часа. Система также хорошо работает с чистой водой, морской водой, сточными водами и песчаными грунтовыми водами. Кроме того, углеродный генератор имеет высокую эффективность преобразования энергии - до 85%.

 
Ключом к улучшениям стал тщательный дизайн архитектуры аэрогеля. Чтобы изготовить материал, исследователи поместили ингредиенты аэрогеля в медную трубку, которую затем подвергли температурно-градиентному нагреву, где холодный конец трубки имел температуру 90 градусов Цельсия. Это заставило кристаллы льда расти в аэрогеле по градиенту температуры. После лиофилизации трубки полученный аэрогель имел иерархическую структуру с радиально выровненными каналами, порами микроразмера, гофрированными внутренними поверхностями и молекулярными сетками. Эти крошечные структуры способствовали хорошей работе аэрогеля.

В будущем исследователи планируют еще больше повысить производительность системы. «Мы надеемся на дальнейшую оптимизацию экспериментальной технологии и запуск крупномасштабного производства», - сказал Лю. «Мы также надеемся на дальнейшее увеличение расстояния и скорости транспортировки воды, эффективности сбора воды, для лучшего практического применения технологии». опубликовано econet.ru  

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet