Nieuw nanocomposiet verbetert verdamping door de zon voor waterzuivering

Wereldwijde drinkwaterschaarste is een ernstig probleem voor de mens. Waterzuivering kost veel fossiele energie en zorgt voor secundaire vervuiling.

Zonne-thermische grensvlakverdamping wordt beschouwd als de meest veelbelovende strategie om dit probleem aan te pakken. Het blijft echter een uitdaging om een ​​geoptimaliseerd materiaal te ontwikkelen dat zowel een efficiënte zonne-dampconversie als een goede omgevingstolerantie biedt.

Onderzoekers van het Institute of Process Engineering (IPE) van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben een ultrastabiel amorf Ta₂O₅/C nanocomposiet met een holle structuur met meerdere schalen (HoMS) voor verdamping door de zon, wat de efficiëntie van waterzuivering kan verbeteren.

De studie is gepubliceerd in Geavanceerde materialen op 29 oktober.

“De precieze atomaire en compositiecontrole in de bouwsteen van HoMS realiseert een indirecte bandgap-structuur met overvloedige energietoestanden rond het Fermi-niveau, wat de niet-stralingsrelaxatie verbetert om fotothermische conversie te vergemakkelijken,” zei prof. Wang Dan, de corresponderende auteur van de studie, “De unieke holle structuur met meerdere schalen kan de lichtabsorptie efficiënt verbeteren, zoals een blackbody.”

HoMS vermindert de energie die nodig is voor waterverdamping. Simulatieresultaten tonen aan dat HoMS een thermische veldgradiënt tot stand brengt, en zo de drijvende kracht vormt voor dampverdamping.

“HoMS komt ook het watertransport ten goede”, zei Wang, “De beperkte holtes in HoMS bevorderen de diffusie van vloeibaar water dankzij het capillaire pompeffect, en de nanoporiën in HoMS zorgen ervoor dat watermoleculen verdampen in de vorm van clusters, waardoor verdamping met minder enthalpie mogelijk wordt .”

Met zeer efficiënte fotoabsorptie en fotothermische conversie, een supersnelle verdampingssnelheid van 4,02 kg m^-2H^-1 is bereikt. De verdampingssnelheid veranderde nauwelijks na 30 dagen en zonder zoutophoping, wat wijst op een stabiliteit op lange termijn.

Met name de concentratie van pseudovirus SC2-P kon na verdamping met zes orden van grootte worden verlaagd.

Deze amorfe Ta₂O₅/C-composiet wordt gemakkelijk gefabriceerd, vervoerd, opgeslagen en gerecycled. Het kan worden toegepast voor de zuivering van zeewater, of voor water dat zware metalen of bacteriën bevat, om drinkbaar water te verkrijgen dat voldoet aan de norm van de Wereldgezondheidsorganisatie.

De wetenschappers van IPE bereiden een prototype voor van ontzilting van zeewater voor de bewoners op geïsoleerde eilanden.