Большая часть воды на Земле находится в океанах, но она слишком солёная, чтобы её можно было пить. Опреснительные установки могут сделать морскую воду пригодной для питья, но для этого требуется большое количество энергии. Ученые, о которых сообщается в ACS Energy Letters, разработали похожий на губку материал с длинными микроскопическими воздушными карманами. С помощью солнечного света и пластиковой крышки материал превращает солёную воду в пресную. В ходе экспериментального испытания на открытом воздухе была успешно получена питьевая вода при естественном солнечном свете, что является шагом к устойчивому опреснению с низким энергопотреблением.
Это не первый случай, когда учёные создают пористые материалы, использующие солнечный свет в качестве возобновляемого источника энергии для очистки или опреснения воды. Например, гидрогель, напоминающий мочалку для тела, с полимерами внутри пор был протестирован на воде, загрязнённой хромом. При нагревании на солнце гидрогель быстро выделял чистый водяной пар. Но если гидрогели мягкие и наполнены жидкостью, то аэрогели более жёсткие и содержат твёрдые поры, которые могут транспортировать воду или водяной пар. Аэрогели тестировались в качестве средства для опреснения воды, но их эффективность в этом процессе ограничена скоростью испарения, которая снижается по мере увеличения размера материала. Поэтому Си Шэнь и его коллеги решили создать пористый аэрогель для опреснения воды, который сохранял бы свою эффективность при разных размерах.
Исследователи приготовили пасту, содержащую углеродные нанотрубки и целлюлозные нановолокна, а затем нанесли её методом 3D-печати на замороженную поверхность, давая каждому слою затвердеть перед нанесением следующего. В результате получился губчатый материал с равномерно распределёнными крошечными вертикальными отверстиями шириной около 20 микрометров каждое. Ученые протестировали квадратные образцы материала размером от 1 см до 8 см в ширину и обнаружили, что более крупные образцы испаряют воду так же эффективно, как и мелкие.
В ходе эксперимента на открытом воздухе исследователи поместили материал в чашку с морской водой и накрыли её изогнутой прозрачной пластиковой крышкой. Солнечный свет нагревал верхнюю часть губчатого материала, испаряя только воду, а не соль, и превращая её в водяной пар. Пар оседал на пластиковой крышке в виде жидкости, перемещая теперь уже чистую воду к краям, откуда она стекала в воронку и контейнер под чашкой. За 6 часов под воздействием естественного солнечного света система произвела около 3 столовых ложек питьевой воды.
«Наш аэрогель позволяет осуществлять опреснение в полном объёме в установках любого размера, — говорит Шен. — Это простое и масштабируемое решение для опреснения без использования энергии, позволяющее получать чистую воду».
[Фото: аdapted from ACS Energy Letters 2025, DOI: 10.1021/acsenergylett.5c01233]
