Neuartige Plattform reinigt ölverseuchtes Meerwasser

Der jüngste Bericht des Weltklimarates der Vereinten Nationen zeichnet ein düsteres Bild für die Wasserversorgung der Welt: Von den 7,8 Milliarden Menschen auf der Erde haben etwa 4 Milliarden jedes Jahr mindestens einen Monat lang keinen Zugang zu ausreichend sauberem Wasser. Obwohl mehrere Wasserreinigungssysteme vorgeschlagen wurden, scheitern sie immer wieder an kritischen Punkten – normalerweise sind sie nicht stabil, groß oder robust genug für reale Anwendungen, so Forscher des Technischen Instituts für Physik und Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Universität Xiamen in China, die das Problem möglicherweise geknackt haben.

Am 22. März in Nanoforschungberichteten die Forscher über die Details einer neuen Plattform, die Sonnenlicht zur Reinigung von Meerwasser mit hoher Energieeffizienz im Vergleich zu anderen ähnlichen Ansätzen (über 90 %) nutzt und gleichzeitig gängige Fallstricke vermeidet.

„Es gibt einen enormen Bedarf an Süßwasser in Haushalten und für industrielle, landwirtschaftliche und andere Anwendungen, daher wurden verschiedene Wasserreinigungstechnologien entwickelt, um die Knappheit der Süßwasserressourcen zu lindern“, sagte der Autor der Studie Miao Wang vom College of Materials der Xiamen University. „Wenn man die Wege vergleicht, ist die solarbetriebene Reinigung von Meerwasser oder kontaminiertem Wasser durch Grenzflächenverdampfung als kostengünstiges System vielversprechend.“

Solche Reinigungsansätze verwenden Sonnenlicht, um Wasser an seiner Oberfläche zu erhitzen, die Flüssigkeit zu verdampfen und die verschmutzten oder salzigen Gegenstücke von den Wassermolekülen zu trennen, die dann als Dampf in die Luft entweichen, um in den natürlichen Kondensationskreislauf einzutreten und zu sauberem, konsumierbarem Wasser zu werden. Laut dem Autor des Artikels, Xu Hou, College of Chemistry and Chemical Engineering und College of Physical Science and Technology der Xiamen University, besteht das Problem darin, dass Versuche, diesen Ansatz für die Anwendung in der realen Welt zu skalieren, durch Ölverschmutzung, Instabilität, Salz- Kristallisation und komplizierte Herstellungsprozesse.

„Um mehr gereinigtes Wasser unter der gleichen Menge an Sonnenlicht zu erzeugen, wie gewinnen wir mehr Energie, um Wasser lokal zu erhitzen, um die Verdampfungsrate zu verbessern – ohne auf die Nachteile anderer Ansätze zu stoßen?“ fragte Hou. „Wir haben diese Frage beantwortet und eine ultrastabile, salzbeständige Verdampferplattform entwickelt, die eine beschleunigte Verdampfung aufrechterhalten kann, während sie gleichzeitig weiterhin Öl abstößt, um eine Kontamination zu verhindern.“

Die Forscher kombinierten zwei Gele in einer Öl-in-Wasser-Emulsion. Das Gelmaterial, Organohydrogel genannt, kann sich zwischen Materiephasen verschieben, ist jedoch größtenteils flüssig und in einem Netz aus Molekülketten enthalten. Durch die Dosierung des Organohydrogels mit Kohlenstoffnanoröhren schufen die Forscher „Hot Spots“, die das Sonnenlicht lokal auf die Wasseroberfläche fokussieren können und so die Wärmeableitung im gesamten Bereich verhindern. Die verzweigte Struktur des Materials trägt auch dazu bei, die Energiedissipation zu verhindern und den Molekültransfer zu unterstützen, um eine Salzkristallisation zu verhindern.

Das Organohydrogel hat eine geringe Dichte, so dass es beim Eintauchen unter die Wasseroberfläche für einen dauerhaften Verdunstungsprozess wieder selbstschwimmen kann. Das angehobene Wasser umgibt den Verdampfer und erzeugt einen seitlichen kapillaren Abstoßungseffekt, bei dem sich die Ölmoleküle vom zu erhitzenden Wasser lösen, wie Quecksilber, das sich vom Glas eines Thermometers löst.

In experimentellen Tests verdunstete die Plattform etwa 2,4 Kilogramm Wasser pro Quadratmeter und Stunde und konnte 240 Stunden lang ohne zusätzliche Entsorgung bestehen bleiben – selbst unter Bedingungen einer „enormen Ölverschmutzung“, sagte der Autor des Artikels Shutao Wang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS ) Schlüssellabor für bioinspirierte Materialien und Grenzflächenwissenschaften, Technisches Institut für Physik und Chemie.

„Wir haben eine Anti-Öl-Fouling-Heizplattform mit bemerkenswerter Sonnenenergienutzung entwickelt, die ein großes Potenzial für eine praktische, solarbetriebene Wasserreinigung selbst in stark kontaminiertem Wasser zeigt“, sagte Wang, „Wir hoffen, dass dieser wirtschaftliche und umweltfreundliche Ansatz dazu beiträgt dazu beitragen, die weltweite Knappheit der Süßwasserressourcen weiter zu lindern.“