На протяжении тысячелетий люди на Ближнем Востоке и в Южной Америке добывали воду из воздуха, чтобы поддерживать свое население. Вдохновившись этими примерами, исследователи сейчас разрабатывают легкий пресноводный комбайн с батарейным питанием, который когда-нибудь сможет добывать из воздуха до 10 галлонов в час даже в засушливых местах. Они говорят, что их метод на основе нановолокна может помочь решить проблему современной нехватки воды из-за изменения климата, промышленного загрязнения, засухи и истощения грунтовых вод.
Исследователи представят свои результаты сегодня на 256-м Национальном собрании и выставке Американского химического общества (ACS).
«Я был в Китае, где существует проблема нехватки пресной воды. Есть инвестиции в очистку сточных вод, но я подумал, что одних усилий недостаточно», - говорит Шинг-Чунг (Джош) Вонг, доктор философии. Вместо того, чтобы полагаться на очищенные сточные воды, Вонг подумал, что было бы более разумно разработать новый тип сборщика воды, который мог бы использовать обильные частицы воды в атмосфере.
Сбор воды из воздуха имеет долгую историю. Тысячи лет назад инки Андского региона собирали росу и направляли ее в цистерны. Совсем недавно некоторые исследовательские группы разрабатывали массивные улавливатели тумана и тумана в Андах и в Африке.
Чтобы уменьшить производство воды и повысить эффективность, Вонг и его студенты из Университета Акрона обратились к электропрядным полимерам, материалу, с которым они работали уже более десяти лет. Электропрядение использует электрические силы для производства полимерных волокон размером от десятков нанометров до 1 микрометра - идеального размера для конденсации и выдавливания капель воды из воздуха. Эти наноразмерные волокнистые полимеры обеспечивают невероятно высокое отношение площади поверхности к объему, намного большее, чем у типичных структур и мембран, используемых в дистилляторах воды.
Экспериментируя с различными комбинациями полимеров, которые были гидрофильными, которые притягивают воду, и гидрофобными, которые выделяют воду, группа пришла к выводу, что система сбора воды действительно может быть изготовлена с использованием технологии нановолокна. Группа Вонга определила, что их полимерная мембрана может собирать 744 мг/см2/ч, что на 91 процент выше, чем у мембран аналогичной конструкции без этих нановолокон.
В отличие от существующих методов, комбайн Вонга может работать в засушливых условиях пустыни из-за высокого отношения площади поверхности к объему мембраны. Он также будет иметь минимальную потребность в энергии.«Мы можем с уверенностью сказать, что благодаря недавним достижениям в области литий-ионных аккумуляторов мы могли бы в конечном итоге разработать устройство меньшего размера, размером с рюкзак», - говорит он.
Более того, конструкция нановолокна Wong одновременно захватывает воду и фильтрует ее. Сеть электропряденого волокна может выступать в качестве противообрастающей поверхности, отшелушивая микробы, которые могут скапливаться на поверхности комбайна. Таким образом, вода будет «чистой и свободной от загрязняющих веществ» и сразу же пригодна для питья, как только она будет собрана, говорит он.
Далее Вонг надеется получить дополнительное финансирование для создания прототипа пресноводного комбайна. Он ожидает, что, как только его команда сможет изготовить прототип, его производство будет недорогим.