Группа китайских ученых разработала недорогой высокотехнологичный материал, который потенциально способен создать неиссякаемые запасы питьевой воды. По мнению ученых, данная разработка поможет простым и доступным способом решить проблему нехватки питьевой воды в засушливых регионах.

Материал, разработанный китайскими учеными, представляет собой гидрогелевое волокно губчатой структуры. Крупнопористая поверхность позволяет с легкостью поглощать воду из атмосферы, а губчатая гидрогелевая структура – ее удерживать.

С помощью простого, изготовленного в домашних условиях резервуара, и 1 кг гидрогеля, можно получить около 2,56 л питьевой воды в день. Этого вполне достаточно, чтобы удовлетворить суточную потребность взрослого человека в воде. При этом использовать его можно практически в любом месте и в любое время.  По оценкам ученых, стоимость 1 кг данного материала составляет всего 2,8$.

Команда ученых работала под руководством Tian Ye,  доцента Северо-Восточного университета в Ляонине. Результаты разработок были опубликованы в этом месяце в авторитетном научном издании ACS Applied Materials & Interfaces. 

Ученым удалось открыть новый метод изготовления крупнопористого гидрогеля. Lyu Tong, ведущий автор опубликованной статьи утверждает, что неожиданное открытие они сделали случайно: «В процессе изготовления гидрогеля я хотел посмотреть, что произойдет, если хлористый кальций (CaCl2) заменить на хлористый литий (LiCl). Оказалось, что капли хлористого лития внутри гидрогеля не замерзают при -70℃. А если их поместить в вакуумную систему, то пузырьки внутри капель хлористого лития лопаются, и на поверхности гидрогеля образуются крупные поры». Позже было доказано, что пористые структуры достаточно эффективно поглощают влагу.

Обычный процесс изготовления гидрогелей включает в себя пассивацию – химический процесс, в ходе которого на внешнем слое материала создается защитная оболочка, которая препятствует поглощению влаги. Китайской команде удалось произвести гидрогель с макропористой поверхностью, которая позволяет повысить его способность поглощать воду из атмосферы за счет достаточного контакта между воздухом и внешним слоем.

Согласно исследованию, изобретенный гидрогель за ночь при относительной влажности около 90% может поглощать приблизительно 200% от своей массы, а при погружении в воду – 433% от своей массы. Оба показателя значительно превышают способности к водопоглощению других гидрогелей. Таким образом, новая технология позволяет простым и доступным способом добывать воду в засушливых регионах.

На ночь гидрогель оставляют на воздухе, а днем помещают в герметично закрытый прозрачный резервуар со специальной оптической линзой, которая фокусирует солнечные лучи. Таким образом, резервуар достаточно быстро нагревается.  Когда температура внутри достигает 50℃, вода, поглощенная гидрогелем за ночь, начинает испаряться, оседает в форме конденсата на стенках резервуара, а затем стекает по ним вниз. Если резервуар поместить на плиту, процесс ускоряется. По подсчетам ученых, для того, чтобы извлечь более 2 л воды из 1 кг гидрогеля в сутки потребуется три полных цикла описаного процесса.

«Чтобы увеличить количество полученной из атмосферы воды, можно модифицировать резервуар, использовав для его стенок материалы с высоким коэффициентом отражения солнечного света. В этом случае температура стенок снижается, а конденсация водяного пара ускоряется», — утверждает Lyu Tong.

Согласно исследованию, полученная в результате описанного процесса вода похожа по составу на дистиллированную, поэтому абсолютно безопасна для употребления.

Найти практическое применение данной технологии не сложно. Huang Zhijia, руководитель Ассоциации активного отдыха в Пекине, считает, что этот инновационный материал пригодится любителям пеших походов на дальние расстояния: «Обычно путешественникам нужно искать источники воды в пути. А такое устройство предоставляет новое решение». По мнению Tian Ye, помимо использования в бедствующих и отдаленных районах, изобретенный гидрогель может быть также использован в биомедицине, органической электронике и тканевой инженерии.

Функционирование подобных водосборных устройств обычно ограничено показателями относительной влажности, которая представляет собой процентное соотношение количества влаги, содержащейся в единице воздуха, к максимально возможному количеству влаги в единице воздуха. Новый гидрогель может эффективно применяться при относительной влажности от 20% до 100%, что вполне соответствует большинству климатических условий на Земле. Так, с помощью инновационного материала можно успешно получить воду из атмосферы как в осеннее дождливое утро в Лондоне, так и в солнечный летний день в Лас-Вегасе.

Пористая структура также улучшает физические свойства гидрогеля — деформация не влияет на функциональные характеристики материала. 10-дневные испытания на прочность показали, что с помощью гидрогеля можно получить одинаковое количество воды в каждом цикле, независимо от его деформации.

По материалам: scmp.com.