Bioinspireeritud hüdrogeeli muster pakub tõhusamaid viise vee kogumiseks | Envirotec

Uus uuring pakub välja viise, kuidas parandada vee kogumise tõhusust, eriti seoses kogutud tilkadest tekkinud vee kondenseerumisega.

Töö keskendub veepuuduse lahendamisele, uurides atmosfäärivee kogumist. Õhus olev vesi pärineb nii looduslikust kui ka sundaurustamisest, kusjuures kondenseerumine on vee kogumise viimane ja otsustav samm. Kondenseerumine hõlmab tuuma moodustumist, kasvu ja veepiiskade eraldumist, mis seejärel kogutakse. Pinnapealseid üleujutusi põhjustavate kondenseerunud tilkade kontrollimatu kasv on aga pakiline väljakutse, mis ohustab jätkusuutlikku kondenseerumist.

Selle protsessi kiirendamiseks ning korrapärase ja kiire tilkade eraldumise saavutamiseks kondenseeruvalt pinnalt võttis meeskond Tsinghua ülikool inspiratsiooni loodusest. Nad täheldasid, et Austraalia okaskurat – sisalikuliik – levitab tõhusalt tilgad, nagu vihma, kaste ja tiigivesi, oma soomustelt soomustevahelistesse kapillaarkanalitesse, ühendudes lõpuks tema suuga. See looduslik mehhanism muutis vee säilitamise ja tarbimise lihtsamaks. Lisaks ammutas meeskond inspiratsiooni kaladest, eriti sägast, millel on epidermise limakiht, mis vähendab ujumistakistust ja suurendab kohanemisvõimet vesikeskkonnaga. Need loodusest saadavad teadmised käsitlevad vastavalt korrapärase tilkade navigeerimise ja vähese tõmbejõuga tilkade leviku väljakutseid.

Uurimisrühm kasutas hüdrogeelkiude, et luua klaasile konstrueeritud muster, mis hõlmas nii sisalike kui ka säga eeliseid. Hüdrogeelkiud on osaliselt polümeriseeritud pinna- ja kaarestruktuuriga naatriumalginaadi ja polüvinüülalkoholi omavahel läbistatud võrgustik. Pinnal, mis on kaunistatud hargnenud –OH ja –COOH ahelatega, on tugev afiinsus veemolekulide suhtes. See afiinsus koos kaarestruktuuriga tagab piisava liikumapaneva jõu tilkade liikumiseks kondenseeruvalt substraadilt hüdrogeelkiule. Samal ajal võivad hargnenud –OH- ​​ja –COOH-ahelad säilitada veemolekule isegi pärast seda, kui tilgad pinnalt lahkuvad, aidates kaasa eelkäija veekile moodustumisele, mis määrib tilkade libisemist.

Piiskade liikumise jälgimiseks kasutati sondidena fluorestseeruvaid molekule. Jäädvustatud trajektoorid näitasid muljetavaldavat migratsioonikiirust, klaasile moodustunud tilgad pumbati kiiresti hüdrogeeli kiududele, regenereerides seeläbi kondenseerumiskohad. Edu seisneb keemiliste niisutusgradientide ja Laplace'i rõhuerinevuse samaaegses rakendamises hüdrogeelkiu ja klaasi vahel. Pumpamisefekt vähendas tilkade kondenseeruva pinnasüsteemi energiat üle 40%, mis toimib liikumapaneva jõu allikana. "See on sarnane vee suunatava hajutamisega sisalike nahale," märgib professor Qu.

Uurijad täheldasid ka erinevusi vee liikumises hüdrogeelkiu pinnal võrreldes klaasiga. Klaasil arenesid tilgad ühtse üksusena koos järjestikuste uute edenemisnurkade moodustumisega, mille tulemuseks oli fluorestseeruvate sondide täielik segunemine tilga sees liikumise ajal. Seevastu hüdrogeelkiu pinnal libisevate tilkade käitumine oli kihiline. Sisemine veekiht seostus hüdrogeeli pinnaga, samas kui välimine kiht libises ilma otsese kokkupuuteta hüdrogeeli pinnaga. "Hüdrogeeli pinna kohal rippuvad ketid toimivad nagu säga limakiht, määrides tilkade ja kondenseeruva pinna vahelist hõõrdumist," selgitab dr Ji.

See konstrueeritud hüdrogeelkiu muster suurendas kondensatsioonikiirust 85.9% ilma välist energiasisendit nõudmata. Veelgi enam, seda rakendati edukalt päikeseenergia aurustumisvee puhastamise veekogumiskiiruse suurendamiseks 109%. See uuring ei andnud mitte ainult teadmisi loodusnähtustest, vaid tähistas ka uudset katset manipuleerida tilkade liikumist kondenseerumiseks. Leiud panevad aluse tulevastele ettevõtmistele nähtuste avastamisel ja teooriate rakendamisel praktilistes rakendustes.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://envirotecmagazine.com/2024/01/31/bioinspired-hydrogel-patterning-offers-more-effective-ways-to-harvest-water/