Ученые Российского государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина разработали инновационный композитный материал на основе древесной целлюлозы для сбора воды из воздуха.
«Основная цель нашего проекта — создание гибридного композитного материала, который не имеет аналогов, но при этом должен быть легко доступен с коммерческой точки зрения и легко масштабируем. Соответственно, все его компоненты должны быть в относительно свободном доступе и легко закупаемы. На основе этого родилась идея сделать композитный материал на основе микрофибриллярной целлюлозы, которую можно закупать на древообрабатывающих заводах», — рассказал корреспонденту «Научной России» один из авторов проекта, научный сотрудник кафедры физической и коллоидной химии Губкинского университета Дмитрий Владимирович Репин.
Этот материал способен эффективно поглощать влагу из воздуха в ночное время, а днем — отдавать ее под действием солнечного тепла. «Разработка открыла путь к созданию экологичных установок для обеспечения пресной водой жарких регионов с повышенной влажностью, например, Крыма, Краснодарского края и Астраханской области. Технология прошла полевые испытания и готова к промышленным», — подчеркнул Д.В. Репин.
Основу материала составляет микрофибриллированная целлюлоза, образующая прочный пористый каркас с высокой площадью поверхности. Чтобы усилить механическую прочность материала, на целлюлозные волокна нанесли тонкий слой пластика — полистирола. Получилась легкая и пористая матрица, включающая поры разного размера и способная поглощать влагу и выдерживать нагрузку более 30 кг. Благодаря иерархической системе пор материал способен быстро поглощать влагу из атмосферного воздуха. Проблема «выпотевания» жидкости была устранена путем инновационного, но простого решения, благодаря которому в пористой матрице были закреплены гигроскопичные соли CaCl₂ или LiCl.
«Ночью, когда влажность повышается, композитный материал впитывает воду, днем — нагревается под воздействием солнечного света и полностью отдает накопленную влагу. Для этого хватит температуры 60-80 градусов — она быстро достигается под прямыми солнечными лучами, сфокусированными линзой на светопоглощающий слой. Полученный пар легко конденсировать в чистую питьевую воду. Циклы можно повторять многократно: материал при этом не теряет ни формы, ни эффективности», — рассказал Дмитрий Репин.
Полученный пар конденсируется в пресную воду. Материал сохраняет стабильность и эффективность в ходе многократных циклов использования при этом исключая «обрастания» микробами или бактериями. Установка не требует электричества или топлива, работая исключительно за счет солнечной энергии и естественных колебаний влажности, что делает ее полностью экологичной. Важным преимуществом технологии является также доступность сырья — целлюлоза может быть получена из отходов деревообрабатывающих производств.
«Ключевая цель — донести эту установку до масс, чтобы ее могли использовать в удаленных регионах, труднодоступных местах, где есть проблемы с пресной водой, логистикой, или где вода дорогая. По возможности найти компанию, которая поможет масштабировать производство и оказать поддержку людям, там, где это особенно необходимо в сложные периоды», — подвел итог ученый.
Источник фото: пресс-служба РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
