Kiinalaiset tutkijat julkaisivat 19. heinäkuuta 2024 Nature Communications -lehdessä tutkimustuloksen mikromuovien poistamisesta vedestä tehokkaan rajapinnan aurinkohaihdutusalustan (ISEP) avulla. Höyrystysalustalla voidaan poistaa mikromuovia vedestä samalla kun se tuottaa makeaa vettä.
Tutkimustulokset julkaistiin Nature Communiations -lehdessä.
1. Tehokas makean veden tuotantokapasiteetti
Veden haihdutusalusta on makean veden tuotannon perusta. Se muuttaa valoenergian lämpöenergiaksi, edistää veden haihtumista ja saa aikaan veden ionipitoisuutta vähentävän vaikutuksen.
Kokeen aikana tutkijat käyttivät kaupallista hiilihuopaa pohjamateriaalina veden haihdutusalustan valmistukseen. Hiilihuopa on kolmiulotteinen materiaali, jolla on korkea fototerminen konversioteho ja hydrofiilinen huokoinen rakenne. Materiaali voi muuntaa absorboidun aurinkoenergian lämpöenergiaksi. Sen huokoinen rakenne helpottaa veden nopeaa siirtymistä ja haihtumista, mikä parantaa huomattavasti makean veden tuotantotehokkuutta.
Kokeelliset tulokset osoittavat, että kolmiulotteisen aurinkohaihdutusalustan (3D-ISEP) haihtumisnopeus on 2,10 kg (neliömetriä kohti tunnissa) yhden auringon valaistuksen voimakkuudessa, mikä on 4,5 kertaa puhtaan veden haihtumisnopeus. ja se osoittaa vakaata haihtumiskykyä eri liuoksissa (eri pH-arvot, mikromuovipitoisuudet ja -koot).
a. Veden haihdutuslaitteen kaavio ja infrapunakuva; b. Veden haihtumismassa- ja aikasuhdekaavio; c. Veden haihtumisnopeuskaavio eri materiaaleista; d. Mikromuovien määrä eri vesinäytteissä; e. Mikroskooppiset kuvat merivedestä ja tiivistetystä vedestä; f. In situ Raman konfokaalinen mikroskooppinen kuva; g. Raman-spektrikaavio.
2. Tehokas mikromuovin poistokyky
Tutkijat ladasivat polyetyleeni-imiiniä (PEI) hiilihuovan pinnalle oksastusmenetelmällä "hiilihuopa-polyeteeni-imiini (CP-PEI)" -komposiittimateriaalin valmistamiseksi. Polyetyleeni-imiini sisältää runsaasti aminoryhmiä ja sillä on hyvä adsorptiokyky mikromuoveille, mikä antaa komposiittimateriaalille kyvyn poistaa mikromuovia vedessä.
Kokeelliset tulokset osoittavat, että "hiilihuopa-polyetyleeni-imiini (CP-PEI)" -komposiittimateriaalista rakennettu vedenhaihdutusalusta voi saavuttaa 100 %:n mikromuovin poistonopeuden 6 tunnin kuluttua 1 auringonvalossa. Myös pimeässä ympäristössä veden haihdutusalustan mikromuovin poistoaste on 18 %.
a. UV-näkyvä spektri; b. Mikromuovin poistomekanismin kaavio auringon haihdutusalustasta; c. COMSOLin simuloima mikromuovin poistonopeus; d. Eri pitoisuuksien ja poistumisnopeuden välinen suhde; e. Eri pH-arvojen mikromuovien ja poistumisnopeuden välinen suhde; f. Erilaisten mikromuovien ja poistumisnopeuden välinen suhde; g. Mikroskooppiset kuvat mikromuoveista vesiliuoksessa eri aikoina.
3. Haihdutusalustan tuottama makea vesi voidaan juoda suoraan
Vastauksena makean veden puutteen ja mikromuovien saastuttamien vesivarojen kaksoisongelmiin tutkijoiden suunnittelema aurinkoveden haihdutusalusta tarjoaa "win-win" -ratkaisun. Todellisessa merivesiympäristössä aurinkohaihdutusalusta ei voi ainoastaan poistaa tehokkaasti mikromuoveja ja hiukkasia merivedestä, vaan myös vähentää merkittävästi ionipitoisuutta. Sen valmistama kondensoitu vesi voi täyttää maailman juomavesistandardit.
Johtopäätös
Mikromuovista on tullut yksi neljästä uudesta saasteesta, jotka ovat saaneet laajaa kansainvälistä huomiota. Niiden kerääntyminen veteen ei ainoastaan aiheuta suurta saastumista ympäristölle, vaan myös kroonisesti myrkyttää kehomme. Mikromuovin poisto vedestä on välitöntä. Aloittakaamme elämämme pienistä asioista ja käytämme tieteen ja teknologian voimaa voittaaksemme makean veden puutteen ja vesien saastumisen aiheuttamat haasteet.