, совместно с Шэньчжэньским университетом, разработали инновационную модель системы очистки воды на солнечной энергии. Данное устройство способно генерировать питьевую воду без использования электроэнергии из внешней сети. Эта технология может существенно уменьшить цену доступа к чистой воде в наиболее пострадавших от дефицита влаги районах планеты и, возможно, сделать ее более доступной по стоимости, чем вода в пластиковых бутылках.

В основе новой разработки лежит уникальная трехмерная фототермическая конструкция, предназначенная для оптимизации процесса солнечного испарения. Специалисты утверждают, что после двух лет работы стоимость очищенной воды может оказаться меньше цены на коммерческую питьевую воду в бутылках, обеспечивая тем самым экономическую выгоду даже при текущих рыночных условиях.

Обычные способы опреснения, например обратный осмос, связаны с большими расходами энергии из-за необходимости прокачки морской воды через сложные фильтрующие мембраны под высоким давлением. Использование солнечного испарения считается более безопасным для окружающей среды способом получения пресной воды, однако ранее его эффективность была ограничена техническими сложностями, связанными со слипанием наночастиц: наиболее эффективные поглотители света склонны к образованию комков в воде, что ухудшает процесс испарения.

Чтобы преодолеть эту трудность, ученые применили цепочки из » полиэтилентерефталата(PET), которые взаимодействовали с пористыми многослойными наноструктурами (HoMS). Это приводило к созданию прочной трёхмерной организации, где полимерные цепочки проходили сквозь микроскопические отверстия в частицах и после охлаждения формировали единую сеть. Данная архитектурная особенность была названа «нанолес», характеризующийся высокой устойчивостью, эффективным поглощением светового излучения и возможностью беспрепятственного пропускания жидкости.

Испытания показали, что новый материал обладает скоростью испарения, достигающей 38,14 килограмма воды с квадратного метра в час. Этот показатель более чем в восемь раз выше эффективности ранее созданных двумерных мембранных конструкций. Как пояснил профессор Ван Дань, соавтор научной работы, такая производительность стала возможной благодаря комбинации фототермической конвертации и оптимизированной транспортировке влаги внутри материала.

Проведенные тесты продемонстрировали способность материала задерживать приблизительно 90,2% энергии в широком диапазоне солнечного спектра. Излучение многократно преломляется и отражается внутри трёхмерной сетки, что способствует интенсивному нагреву. Дополнительный эффект наноконфайнмента снижает энергетический порог для перехода воды из жидкой фазы в газообразное состояние, сокращая энергозатраты на процесс испарения примерно на 45,7%.

В процессе практических испытаний команда исследователей расширила размеры установки до устройства площадью полметра квадратного. В составе системы была использована небольшая солнечная панель для питания вентилятора, обеспечивающего подачу пара в камеру конденсации; при этом основная часть процесса функционировала исключительно за счет энергии солнца. Установка производила свыше 20 литров питьевой воды ежедневно – достаточного объема для нужд примерно десяти человек. Качество полученной жидкости соответствовало требованиям и нормативам, установленным Всемирной организацией здравоохранения.

С целью оценки возможности практического использования полученной пресной воды её применяли для орошения различных сельскохозяйственных культур: шпината, кукурузы и китайской капусты. Растения завершили полный цикл развития без каких-либо негативных последствий, что служит доказательством соответствия качества воды требованиям сельского хозяйства.

Особое внимание при исследовании было уделено долговечности материала, поскольку солнечные технологии часто подвержены ухудшению свойств под воздействием ультрафиолетового излучения. В ходе проверок материал выдерживал 30-дневное воздействие морской воды в условиях интенсивного перемешивания, без признаков разрушения структуры или высвобождения наночастиц. Кроме того, за один год эксплуатации в открытых атмосферных условиях система сохранила стабильные параметры работы.

Создатели технологии подчеркивают её значительный потенциал для применения в отдалённых прибрежных зонах и на островах, где дефицит пресной воды является распространённой проблемой, а ее доставка сопряжена с высокими затратами.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.