Vật liệu xốp và năng lượng mặt trời loại bỏ muối khỏi nước biển
bởi Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ
Đây không phải là một chuỗi giấy, mà là vật liệu in 3D có khả năng thấm nước biển, làm sạch nước biển thành nước không có muối. Nguồn: Chuyển thể từ ACS Energy Letters 2025, DOI: 10.1021/acsenergylett.5c01233
Hầu hết nước trên Trái đất đều ở đại dương và quá mặn để uống. Các nhà máy khử muối có thể biến nước biển thành nước uống được, nhưng chúng cần một lượng năng lượng lớn. Hiện nay, các nhà nghiên cứu báo cáo trên ACS Energy Letters đã phát triển một vật liệu giống như bọt biển với các túi khí dài, cực nhỏ sử dụng ánh sáng mặt trời và một lớp phủ nhựa đơn giản để biến nước mặn thành nước ngọt.
Một thử nghiệm chứng minh khái niệm ngoài trời đã sản xuất thành công nước uống được dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên trong một bước tiến tới khử muối bền vững, tiết kiệm năng lượng.
Đây không phải là lần đầu tiên các nhà khoa học tạo ra vật liệu xốp sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng bền vững để làm sạch hoặc khử muối nước. Ví dụ, một loại hydrogel lấy cảm hứng từ xơ mướp có chứa polyme bên trong các lỗ chân lông đã được thử nghiệm trên nước bị ô nhiễm crom và khi được mặt trời làm nóng, hydrogel nhanh chóng giải phóng hơi nước sạch có thể thu thập được thông qua quá trình bay hơi.
Nhưng trong khi hydrogel mềm và chứa đầy chất lỏng, thì aerogel cứng hơn, chứa các lỗ chân lông rắn có thể vận chuyển nước lỏng hoặc hơi nước. Aerogel đã được thử nghiệm như một phương tiện khử muối, nhưng chúng bị hạn chế bởi hiệu suất bay hơi của chúng, hiệu suất này giảm dần khi kích thước của vật liệu tăng lên. Vì vậy, Xi Shen và các đồng nghiệp muốn thiết kế một loại aerogel khử muối xốp có thể duy trì hiệu quả ở các kích thước khác nhau.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một loại bột nhão chứa các ống nano carbon và sợi nano cellulose, sau đó in 3D lên bề mặt đông lạnh, cho phép từng lớp đông lại trước khi thêm lớp tiếp theo. Quá trình này tạo ra một vật liệu giống như bọt biển với các lỗ thẳng đứng nhỏ phân bố đều, mỗi lỗ rộng khoảng 20 micromet.
Họ đã thử nghiệm các mảnh vuông của vật liệu, có kích thước từ rộng 0,4 inch (1 cm) đến rộng khoảng 3 inch (8 cm) và phát hiện ra rằng các mảnh lớn hơn giải phóng nước thông qua quá trình bốc hơi với tốc độ hiệu quả như các mảnh nhỏ hơn.
Một thiết lập tùy chỉnh loại bỏ muối khỏi nước biển dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên, sử dụng một cốc nước biển, một miếng khí gel màu đen và một nắp nhựa cong nhỏ giọt vào phễu và cốc. Nguồn: Chuyển thể từ ACS Energy Letters 2025, DOI: 10.1021/acsenergylett.5c01233
Trong một thử nghiệm ngoài trời, các nhà nghiên cứu đã đặt vật liệu vào một cốc chứa nước biển và nó được phủ bằng một nắp nhựa cong, trong suốt. Ánh sáng mặt trời làm nóng phần trên của vật liệu xốp, chỉ làm bốc hơi nước, không phải muối, thành hơi nước.
Hơi nước thu được trên nắp nhựa dưới dạng chất lỏng, di chuyển nước sạch đến các cạnh, nơi nó nhỏ giọt vào phễu và thùng chứa bên dưới cốc. Sau sáu giờ dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên, hệ thống tạo ra khoảng ba thìa canh nước uống được.
"Aerogel của chúng tôi cho phép khử muối toàn bộ công suất ở bất kỳ kích thước nào", Shen nói, "mang đến giải pháp đơn giản, có thể mở rộng quy mô để khử muối không tốn năng lượng nhằm tạo ra nước sạch".
Thông tin thêm: Aerogel in đông lạnh phụ gia có thể khuếch tán hơi không nhạy cảm với kích thước để khử muối có thể mở rộng quy mô, ACS Energy Letters (2025). DOI: 10.1021/acsenergylett.5c01233
Thông tin tạp chí: ACS Energy Letters
