Dieses von Luffa inspirierte, sonnengetriebene Gel kann das gesamte Wasser reinigen, das Sie an einem Tag benötigen

Der Zugang zu sauberem Wasser wird durch die wachsende Bevölkerungszahl und die Kontamination der Süßwasserquellen erschwert. Derzeit in der Entwicklung befindliche Geräte, die schmutziges Wasser mit Sonnenlicht reinigen, können nur bis zu ein paar Gallonen Wasser pro Tag produzieren. Aber jetzt, Forscher in ACS Central Science berichten, wie Luffa-Schwämme ein durch Sonnenlicht angetriebenes poröses Hydrogel inspirierten, das potenziell genug Wasser reinigen könnte, um den täglichen Bedarf eines Menschen zu decken – selbst wenn es bewölkt ist.

Zuvor haben Forscher vorgeschlagen, dass die durch Sonnenlicht angetriebene Verdunstung eine energiearme Methode zur Reinigung von Wasser sein könnte, aber dieser Ansatz funktioniert nicht gut, wenn es bewölkt ist. Eine Lösung könnten temperaturempfindliche Hydrogele sein, insbesondere Poly(N-Isopropylacrylamid) (PNIPAm), die bei kühleren Temperaturen von der Absorption von Wasser zu einer Abstoßung bei Erwärmung wechseln. Allerdings können herkömmliche PNIPAm-Gele wegen ihrer verschlossenen Poren nicht schnell genug sauberes Wasser erzeugen, um den täglichen Bedarf der Menschen zu decken. Umgekehrt haben natürliche Luffas, die viele Menschen zum Peelen unter der Dusche verwenden, große, offene und miteinander verbundene Poren. Daher wollten Rodney Priestley, Xiaohui Xu und Kollegen die Luffa-Struktur in einem Hydrogel auf PNIPAm-Basis replizieren, um ein Material zu erhalten, das Wasser bei Raumtemperatur schnell absorbieren und gereinigtes Wasser schnell freisetzen kann, wenn es durch Sonnenstrahlen bei hellem oder bewölktem Himmel erhitzt wird Bedingungen.

Die Forscher verwendeten eine Mischung aus Wasser und Ethylenglykol als einzigartiges anderes Polymerisationsmedium, um ein PNIPAm-Hydrogel mit einer offenen Porenstruktur ähnlich einem natürlichen Luffa herzustellen. Dann beschichteten sie die inneren Poren des undurchsichtigen Hydrogels mit Polydopamin (PDA) und Poly(sulfobetainmethacrylat) (PSMBA) und testeten dieses Material mit künstlichem Licht, das der Kraft der Sonne entspricht. Es absorbierte Wasser bei Raumtemperatur und gab, wenn es durch künstliches Licht erhitzt wurde, 70 % seines gespeicherten Wassers in 10 Minuten ab – eine Rate, die viermal höher war als die für ein zuvor beschriebenes Absorbergel. Die Forscher sagen, dass das Material bei dieser Rate das Potenzial hat, den täglichen Bedarf einer Person zu decken. Und bei schlechten Lichtverhältnissen, die einen teilweise bewölkten Himmel nachahmen, dauerte es 15 bis 20 Minuten, bis das Material eine ähnliche Menge an gespeichertem Wasser freigesetzt hatte.

Schließlich wurde das neue Luffa-ähnliche Material an Proben getestet, die mit organischen Farbstoffen, Schwermetallen, Öl und Mikroplastik belastet waren. In allen Tests machte das Gel das Wasser wesentlich sauberer. Beispielsweise wurden in zwei Behandlungszyklen Wasserproben mit etwa 40 Teilen pro Million (ppm) Chrom absorbiert und dann mit weniger als 0,07 ppm Chrom freigesetzt – dem zulässigen Grenzwert für Trinkwasser. Die Forscher sagen, dass die einzigartige Hydrogelstruktur, die sie geschaffen haben, für zusätzliche Anwendungen nützlich sein könnte, wie z. B. Arzneimittelabgabe, intelligente Sensoren und chemische Trennungen.