vízcsepp a vízben

Íme az egyik módja annak, hogy közvetlenül a levegőből gyűjtsünk vizet

A víz olyasmi, ami nélkül nem élhetünk. Az embereknek szükségük van erre a növények termesztéséhez is és számos ipari folyamathoz. De különösen szükségünk van rá, hogy igyunk. A szervezet nem tud túlélni három napnál többet, ivóvíz nélkül. Most a kutatók olyan anyagokat fejlesztettek ki, amelyek képesek vizet közvetlenül a levegőből megszerezni. Ez csillapíthatja a távoli vagy száraz területeken élők szomját.

Az új anyagok a fém-szerves keretek (MOF) néven ismert típusba tartoznak. A nevük utal arra, hogy miből készültek. Képzeljünk el egy szuper-apró Tinkertoyt. Az agyak kis fémcsoportok. A széntartalmú vegyületek láncai szolgálnak „pálcikákként”, amelyek összekötik ezeket az agyakat. Amikor ezek az összetevők összekapcsolódnak, nyitott, méhsejt-szerű szerkezetet hoznak létre.

A MOF-ek számos hasznos tulajdonsággal rendelkeznek. Tavaly a mérnökök arról számoltak be, hogy zöld növényeket vesznek fel a MOF-ek építőköveihez, majd belsőleg összeszerelik őket. Ezek a MOF-ek képesek voltak elnyelni a káros hullámhosszú fényt, hogy ne sértsék meg a növényeket. Más MOF-ek kiszűrhetik a levegőből a mérgező vegyszereket, majd tárolhatják vagy segíthetnek lebontani őket. Néhányan szén-dioxidot tudnak elszívni az ipari füstfogókból, ami segíthet az éghajlatváltozás elleni küzdelemben. Még olyan MOF-ek is léteznek, amelyeket tartályokban lehet használni hidrogén tárolására az elektromos áramot előállító üzemanyagcellákhoz. Az ezeket használó rendszer könnyebb és biztonságosabb lenne, különösen járművekben.

De a világ száraz részein élő közösségeket leginkább a vizet felvevő MOF-ek érdekelnék. Zhiyong Xia szerint ezek rengeteget képesek felfogni a levegőből. Ez az anyagtudós a Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriumában dolgozik Laurelben.

A vízmolekulák (H2O) tökéletes méretűek és alakúak az új MOF-ek pórusain való áthaladáshoz. Ez lehetővé teszi, hogy beszívódjanak az anyagba. Van egy második vonásuk, ami ugyanolyan fontos. Az elektromos töltések belső elrendezése vonzza a vizet.

A vízmolekula kissé V alakú. Egy negatív töltésű oxigénatom ül a „V” alján – magyarázza Xia. A V felső végén két pozitív töltésű hidrogénatom ül.

De nem minden vízgyűjtő MOF egyformán hasznos, jegyzi meg Xia. Néhányan túl jól vonzzák és rögzítik a vízmolekulákat. Később sok energiára lesz szüksége az általuk összegyűjtött víz felszabadításához. Megoldása: Azonosítson egy MOF-ot, amely nem tartja olyan agresszíven a vízmolekulákat.

Most ő és kollégái ezt tették.

Vizsgáltak kilenc különböző MOF-et, amelyek képesek vizet gyűjteni. A fém némelyike ​​cink volt. Másokat titán, réz, króm vagy cirkónium felhasználásával készítettek. A laboratóriumban a kutatók mindegyikből mintákat helyeztek nedves, szobahőmérsékletű körülmények között egy egész napra. Ezután szárazabb levegőben felmelegítették az anyagot, hogy felszabaduljon a víz, amelyet mindegyik felszedett. Legalább 10-szer megismételték ezeket az áztatási és elengedési ciklusokat.

Néhány MOF nem sok vizet vett fel. Mások eleinte sokat áztak, de később csak töredékét adták ki. A későbbi ciklusokban az anyag is sokkal kevesebbet szívhat fel, mint eredetileg. Magyarázza Xia, ez annak a jele, hogy az ilyen anyagok egy kicsit túl jól vonzzák a vizet.

A Xia szerint végül egy cirkónium-alapú MOF tűnt ki. A vizsgálati minták mindig kicsiek voltak – jegyzi meg. De ha ennek a MOF-mintának a súlya 1 kilogramm (2,2 font) lett volna, az anyag felszívódott, majd naponta több mint 8 litert (2,1 gallon) szabadított fel. Ez minden korábbi MOF-alapú vízgyűjtő rendszert felülmúl.

Xia és csapattársai január 30-án ismertették eredményeiket a Scientific Reportsban.

Omar Yaghi anyagtudós a Kaliforniai Berkeley Egyetemen. Nagy különbség van a laboratóriumi tesztek és a terepi vizsgálatok között, jegyzi meg. Sőt, rámutat: „A kihívás nemcsak a nedves levegőből történő vízfelvétel, hanem alacsony páratartalom mellett is.”

Yaghi szerint nagyon nehéz kihívni a vízgőz kitermelését a levegőből, amelynek páratartalma 50 % alatti. De a legutóbbi terepi tesztek során csapata és mások kimutatták, hogy egyes MOF-ek nagy ígéretet mutatnak a vízgyűjtésben, még sivatagszerű környezetben is. Konkrétan a kaliforniai Mojave sivatagban végzett vizsgálatok során tudtak vizet visszanyerni. Alumínium-alapú MOF-jüket 10 százalékos páratartalomnak kitett kültéri levegőnek tették ki. Még az igen száraz körülmények között is egy kilogramm általuk használt MOF 0,7 liter vizet tudott volna összegyűjteni a levegőből. Csapata beszámolt az eredményéről 2019. augusztus 27-én az ACS Central Science-ben.

Vízre van szüksége, de nincs hozzáférése esőhöz, tavakhoz vagy talajvízhez? Az új adatok azt mutatják, hogy a fém-szerves vázakként ismert anyagok felhasználhatók a víz levegőből való elpárologtatására.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük