3d Nanotech -dekens bieden een nieuw pad om drinkwater schoon te maken

Onderzoekers hebben een nieuw materiaal ontwikkeld dat, door de kracht van zonlicht te benutten, water van gevaarlijke verontreinigende stoffen kan verwijderen. Gemaakt door een combinatie van soft chemie-gels en elektrospinning-een techniek waarbij elektrische kracht wordt uitgeoefend op vloeistof om kleine vezels te maken-het team construeerde dunne vezelachtige strips van titaniumdioxide (TIO₂), een verbinding die vaak wordt gebruikt in zonnecellen, gassensoren en verschillende zelfreizentechnologieën.

Ondanks het feit dat het een geweldige alternatieve energiebron is, zijn zonnestrandingssystemen die gebruik maken van TIO₂-nanodeeltjes vaak met kracht beperkt omdat ze alleen fotokatalyse kunnen ondergaan of chemische reacties kunnen creëren, door niet-zichtbaar UV-licht te absorberen. Dit kan aanzienlijke uitdagingen voor de implementatie veroorzaken, waaronder lage efficiëntie en de behoefte aan complexe filtratiesystemen.

Maar toen onderzoekers koper aan het materiaal toevoegden om dit proces te verbeteren, konden hun nieuwe structuren, nanomaten genaamd, in staat zijn om voldoende lichte energie te absorberen om schadelijke verontreinigende stoffen in lucht en water af te breken, zei Pelagia-Iren Gouma, leiden auteur van de studie en een professor in materiaalwetenschappen en engineering aan de Ohio State University.

“Er is geen gemakkelijke manier geweest om zoiets als een deken te creëren die je op water kunt leggen en energie kunt beginnen te creëren,” zei ze. “Maar wij zijn de enigen die deze structuren hebben gemaakt en de enigen die aantonen dat ze daadwerkelijk werken.”

De studie was onlangs gepubliceerd in het dagboek Geavanceerde wetenschap.

Wanneer titaniumdioxide licht absorbeert, worden elektronen gevormd die water oxideren en verontreinigende stoffen aanvallen, waardoor ze langzaam vernietigen totdat ze goedaardig worden. Wanneer koper wordt toegevoegd, is dat proces supercharged, waardoor het nog effectiever wordt.

Om dit te bepalen, werkten onderzoekers aan het karakteriseren van de bijgewerkte eigenschappen van de nanomaat om te begrijpen hoe het zich gedroeg en wat het anders maakte dan andere zelfreinigende nanodeeltjes, zei Gouma. Verrassend genoeg ontdekten onderzoekers dat deze nanomaten in vergelijking met traditionele zonnecellen succesvoller kunnen zijn bij stroomopwekking wanneer ze onder natuurlijk zonlicht worden geplaatst, zei ze.

“Deze nanomaten kunnen worden gebruikt als stroomgenerator, of als hulpmiddelen voor het saneren van water,” zei ze. “In beide manieren heb je een katalysator met de hoogste efficiëntie die tot nu toe is gerapporteerd.”

Deze lichtgewicht, gemakkelijk te verwijderen vezematten kunnen drijven en bovenop elk waterlichaam werken en zijn zelfs herbruikbaar door meerdere reinigingscycli. Omdat nanomaten zo effectief zijn, stellen onderzoekers voor dat ze kunnen worden gebruikt om water van industriële verontreinigende stoffen te bevrijden in ontwikkelingslanden, anders verontreinigde rivieren en meren om te zetten in bronnen van schoon drinkwater.

Omdat deze technologie geen giftige bijproducten genereert, zoals sommige zonnecelsystemen, zijn nanomaten extreem milieuvriendelijk. “Het is een veilig materiaal, het zal niets pijn doen, en het is zo schoon als het kan zijn,” zei Gouma.

Hoewel de technologie van dit team ongelooflijk efficiënt is, hangt hoe lang het duurt om commercieel op te schalen van hoe snel industrieën kennis nemen van het product. “We hebben de tools om ze in grote hoeveelheden te maken en te vertalen naar verschillende industrieën”, zei Gouma. “De enige beperking is dat het iemand nodig heeft om te profiteren van deze overvloedige middelen.”

Over het algemeen suggereren de bevindingen van de studie dat nanomaten een veelbelovend hulpmiddel kunnen zijn in veel toekomstige fotokatalytische toepassingen, waaronder duurzaamheidsinspanningen op de lange termijn, zoals sanering van het milieu en door zonne-energie aangedreven waterstofproductie.

In de tussentijd is het team van plan manieren te onderzoeken om het materiaal verder te optimaliseren.

“Dit materiaal is volledig nieuw in termen van een nieuwe vorm van nanotechnologie,” zei Gouma. “Het is echt indrukwekkend en iets waar we erg enthousiast over zijn.”