Kuru havadan su kaynakları nasıl elde edilir? MOF + Güneş!
Kılavuz
Amerikalı bilim adamları, su kaynaklarını daha verimli kullanmak için MOF malzemelerinden yapılmış bir nem toplama cihazı tasarladılar.Sadece güneş enerjisi ile değil, aynı zamanda kuru havalı alanlarda su toplayabiliyor.
Teknik anahtar kelimeler
MOF, güneş enerjisi
Anahtar bilgi
Bugün tanıtılacak olan yeni cihaz, aynı zamanda cihazın temel teknolojisi olan çok kritik bir malzeme kullanıyor, bu yüzden önce şunları tanıtmalıyız:
MOF örneği
(Resim kaynağı: Wikipedia)
"Metal-Organik Çerçeveler" (Metal-Organik Çerçeveler) kısaltması: MOF, organik ligandların ve metal iyonlarının veya kümelerinin koordinasyon bağları yoluyla kendi kendine birleşmesiyle oluşan molekül içi gözeneklere sahip organik-inorganik hibrit bir malzemedir.
Bu malzeme aşağıdaki önemli özelliklere sahiptir: (1) gözeneklilik ve geniş özgül yüzey alanı; (2) çeşitli yapı ve işlevler; (3) doymamış metal alanlar Bu özellikler aynı zamanda bu malzemenin güçlü bir adsorpsiyon işlevine sahip olmasını teşvik eder Ve katalitik işlev.
Dünyanın dört bir yanındaki bilim adamları, bazıları hidrojen ve metan gibi kimyasalları depolayabilen ve diğerleri baca gazı egzoz gazından karbondioksiti emebilen, emilen kimyasalların reaksiyonunu teşvik edebilen veya işleme sırasında 20.000'den fazla farklı MOF oluşturdu. Fabrika petrokimyasal ürünleri ayırmaktadır.
Bu MOF'un uygulanmasıyla ilgili olarak, John daha önce onu "Yeni Elektronik Burun: Böcek İlaçlarını ve Sinir Toksinlerini Tespit Edebilir" bölümünde tanıtmıştı. İlgilenen arkadaşlar da buna başvurabilir.
Yenilik arka planı
Su kıtlığı insanoğlunun sık karşılaştığı bir sorundur ve dünyadaki birçok ülke ve bölgeyi ciddi şekilde etkilemiş, ayrıca nüfus artışı ve iklimin ısınmasıyla bu sorun giderek ciddileşmiştir.
Tüm dünya bu sorunu çözmek için birlikte çalışıyor Sudan tasarruf etmenin yanı sıra, su kaynaklarının daha etkin kullanımı giderek daha önemli hale geldi. "Hui Nantian" gibi nemli iklim koşullarında, su kaynaklarını kullanmanın bir yolunu kolayca düşünebiliriz: Havadaki nemi toplayın .
Daha cesur düşünün:
Belki ileride ailemizin her biri böyle bir cihaza sahip olacak, hava ister kuru ister nemli olsun, ailenin günlük yaşamının ihtiyaçlarını karşılamak için havadan nemi emebilen ve daha da önemlisi ekipmanı. Operasyon hala ucuz ve temiz bir enerji olan güneş enerjisine dayanıyor.
Tahmin ettiğimiz gibi, dünyadaki birçok ülke (Şili ve Fas gibi) kıyı bölgelerinde bu tür su hasadı sistemlerini benimsemiştir. Hepimizin bildiği gibi, kıyı bölgeleri nispeten yüksek hava nemine sahip olma eğilimindedir, bu da böyle bir nem toplama sistemi için yeterlidir. Genel olarak,% 100 bağıl nem gerektirir. Bununla birlikte, bu kadar yüksek nem koşulları dünyanın yalnızca birkaç bölgesinde mevcuttur. Ayrıca bu nem toplama sisteminin maliyeti de çok pahalıdır.
Bu nedenle bazı kurak bölgelerde çiy toplama sistemi kullanılmaktadır.Bu sistemin yüzeyi çok soğuktur.Yaz aylarında su buharı bu kadar soğuk bir cam yüzeyde yoğunlaşacaktır ancak yüzeyini serin tutmak için maliyeti vardır. Enerji de çok büyüktür ve tipik olarak "enerji yoğun" dur. Yine de sistem% 50'nin altındaki nem koşullarında çalışamaz.
İnovasyon keşfi
Bununla birlikte, yakın zamanda "Science" dergisinde yayınlanan yenilikçi bir çalışma, nem toplama sisteminin şu anda karşılaştığı bazı önemli darboğazları çözmeye yardımcı olur, örneğin: Nemden etkilenir, çok enerji tüketir ve pahalıdır Bekle.
(Resim kaynağı: Hyunho Kim / Massachusetts Institute of Technology)
Bu yeni cihaz, Massachusetts Institute of Technology ve California Üniversitesi, Berkeley tarafından ortaklaşa geliştirilmiştir ve özel bir MOF malzemesinden (köpük gibi) yapılmıştır.
Yerel nemden etkilenmeden hemen hemen her yerde kullanılabilir.Nem koşulları% 20'ye kadar düşüktür ki bu genellikle çöl alanlarındaki nem koşullarıdır.
Ek olarak, nem toplama cihazı tamamen enerji tasarruflu ve çevre dostu olan güneş enerjisi ile çalışır. Ek olarak, bu sistem aslında güneş enerjisine bile ihtiyaç duymayabilir, sadece odun ateşi gibi bazı ısı kaynaklarına ihtiyaç duyar. Bu bağlamda, araştırma ekibi üyelerinden biri ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden doktora sonrası araştırmacı Sameer Rao şunları söyledi:
"Yanıcı maddeler birçok yerde bulunabilir ve su kıtlığı vardır."
Cihaz,% 20 ila% 30 nem koşullarında 12 saat içinde 1 kg MOF kullanarak havadan 2.8 litre nem toplayabilir.
Araştırmacılar, cihazın gerçekçi koşullar altında çalışabileceğini kanıtlamak için Massachusetts Institute of Technology'nin çatısında testler yaptı.
Anahtar teknoloji
Başta da belirttiğim gibi, bu yeni sistemin temel teknolojisi, bir tür MOF malzemesi olan gözenekli malzemenin kendisinde yatıyor.
Resim: Bu MOF'un şematik diyagramı. Şekildeki çizgiler organik bağlantı zincirleridir ve kesişimler metal iyonlardır. Yaghi, bu yapısal birimleri kristal süngerlere bağlamak için ağ kimyasını kullanıyor. Sarı top, sıvı veya gazla doldurulabilen gözenek boşluğunu temsil eder. Arka plan resmi, nem toplayıcıda bulunan farklı MOF kristallerini göstermektedir.
(Resim kaynağı: Berkeley Lab)
20 yıldan daha uzun bir süre önce, makalenin iki kıdemli yazarından biri, Berkeley Kaliforniya Üniversitesi Kimya Bölümü başkanı ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nda bir bilim adamı olan Omar Yaghi, metalleri ve magnezyum ve alüminyum gibi organik molekülleri birleştiren bir çerçeve olan MOF'u icat etti. Gaz ve sıvının depolanmasına elverişli olan sert, gözenekli bir yapı tasarlamak için birleştirme yolu "evrensel zanaatkar" yapı taşlarına benzer.
2014 yılında, Profesör Yaghi ve California Üniversitesi, Berkeley'deki ekip, su buharını bağlayabilen bir MOF (metalik zirkonyum ve adipik asit kombinasyonu) sentezledi. Bu bileşikler, biraz büyük iç yüzey alanlarına sahip süngerlere benzer.MOF'nin kimyasal bileşimini değiştirerek, bu yüzeyler hidrofilik veya su emici olabilir.
MIT profesörü Evelyn Wang'ın yardımıyla, MOF'u su toplama sistemine entegre etmek için birlikte çalıştılar. Bu sistem iki pounddan daha ağırdır ve MOF kristalleri, toz gibi sıkıştırılır ve havaya açık bir boşluğa yerleştirilir. Boşluk, güneş enerjisi soğurucu ve yoğunlaştırıcı levha arasında yer alır.
Üstteki güneş yutucu siyah renktedir ve güneş enerjisini emmek için kullanılır. Çevreleyen hava gözenekli MOF içinden yayıldığında, su molekülleri önce iç yüzeye yapışacaktır. Güneş tarafından ışınlandıktan sonra, MOF ısıtılır ve bağlı nem, kondansatöre hareket ettirilir. Ancak kondenserin sıcaklığı, dışarıdaki havanın sıcaklığı ile aynıdır.Su buharı sıvıya yoğunlaştıktan sonra kollektöre damlar.
Massachusetts Institute of Technology'nin çatısındaki nem toplayıcı. MOF malzemesi üst cam tabakasının altında bulunur.MOB güneş ışığı ile ısıtıldığında nemi emer. Sarı ve kırmızı renkli kondansatörler, üzerlerinde su damlacıkları ile üsttedir.
(Resim kaynağı: Hyunho Kim / Massachusetts Institute of Technology)
Yenilik değeri
Bu teknolojinin yenilikçi değeri ile ilgili olarak, Profesör Yaghi'nin söylediklerini dinleyelim:
"Düşük nem koşullarında, havadan nemin emilmesi uzun süredir devam eden bir zorluktur ve şimdi büyük bir atılım gerçekleştirildi. Şu anda, ek enerji kullanmak dışında bunu yapmanın başka bir yolu yok. Evinizdeki elektrikli nem giderici olmasına rağmen Su üretemez, ancak çok pahalıdır. "
"Nemi çalışır durumda tutmak için, gece nemi emebilen ve gün boyunca çalışmaya devam edebilen bir sistem tasarlamalısınız. Ya da daha hızlı hale getirmek için bir güneş kolektörü tasarlamalısınız, böylece daha fazla hava girebilir. Çölde bir yerde mahsur kalırsanız, bu cihazla hayatta kalabileceğinizi göstermek istiyoruz.Bir kişinin günde yaklaşık bir kola kutu suya ihtiyacı var.Bu sistem sayesinde, bir kişi bunu bir saatten daha kısa sürede yapabilir. Çok fazla su toplayın. "
Görüldüğü gibi bu sistemin suyu yeterince verimli bir şekilde toplayıp üretebildiği ve sadece ev suyu için değil, aynı zamanda dış acil su için de kullanılması beklenmektedir.
Geleceğe bakış
Profesör Yaghi, bu tür bir nem toplayıcının hala konsept kanıtlama aşamasında olduğunu, bu nedenle iyileştirme için çok yer olduğunu söyledi. Mevcut MOF, ağırlığının yalnızca% 20'sini emebilir, ancak diğer MOF malzemeleri% 40 veya daha fazlasını emebilir. Bu malzeme aynı zamanda daha yüksek veya daha düşük nem seviyelerinde daha etkili olacak şekilde ayarlanabilir. Dedi ki:
"Orada oturarak suyu toplamak için sadece pasif bir cihaz tasarlamadık. Şimdi deneysel ve teorik temelleri attık, böylece diğer MOF'leri (üretilebilen binlerce MOF) daha iyisini bulmak için tarayabiliriz. Malzemeler. Toplanan su miktarını artırmanın birçok yolu var. Şu anda, bu sadece daha ileri bir mühendislik sorunu. "
Wang, daha fazla su üretmek için toplama sistemini geliştirmeye devam ederken Yaghi ve ekibi MOF'u iyileştirmek için çalışıyor.
Referans
[1]
[2]
[3] -d3f83f5709-126625361
Daha fazla tartışmaya ihtiyaç duyanlar için lütfen doğrudan WeChat: JohnZh1984 ile iletişime geçin veya WeChat genel hesabı IntelligentThings'i takip edin.
