Российские ученые из РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина, МГУ имени М.В. Ломоносова, КФУ и Сеченовского университета разработали новый композитный материал на основе древесной целлюлозы. Он способен эффективно поглощать влагу из воздуха ночью, а днем - отдавать под воздействием солнечного тепла.
«Разработка открыла путь к созданию экологичных установок для обеспечения пресной водой жарких регионов с повышенной влажностью, например, Крыма, Краснодарского края и Астраханской области. Технология прошла полевые испытания и готова к промышленнымl», - сообщил один из авторов проекта, научный сотрудник кафедры физической и коллоидной химии Губкинского университета Дмитрий Репин.
Основой созданного материала для сбора влаги из воздуха стала микрофибриллированная целлюлоза, состоящая из мельчайших волокон древесной массы. Они формируют прочный пористый каркас с огромной площадью поверхности.
Чтобы усилить механическую прочность материала, на целлюлозные волокна нанесли тонкий слой пластика — полистирола. Получилась легкая и пористая матрица, включающая поры разного размера и способная поглощать влагу и выдерживать нагрузку более 30 кг. Благодаря иерархической системе пор материал поглощает влагу намного быстрее неармированных аналогов. Дополнительно материал пропитали ионной жидкостью (BMIMCI). В результате композит начал поглощать воду в гораздо большем объеме и без утечек, характерных для традиционных пропиток гигроскопичными солями.
«Проблема «выпотевания» жидкости была устранена путём инновационного, но простого решения, благодаря которому в пористой матрице были закреплены гигроскопичные соли CaCl2 или LiCl», - добавил Дмитрий Репин. Полевые испытания подтвердили, что установка производит до 2,5 литров воды на квадратный метр композитного материала за час.
«Ночью, когда влажность повышается, композит впитывает воду, днем — нагревается под воздействием солнечного света и всего за 6 часов полностью отдает накопленную влагу. Для этого хватит температуры 60 градусов – она быстро достигается под прямыми солнечными лучами сфокусированными линзой на светопоглощающий слой. Полученный пар легко конденсировать в чистую питьевую воду. Циклы можно повторять многократно: материал при этом не теряет ни формы, ни эффективности», - рассказал Дмитрий Репин.
Инновационную технологию получения влаги ученые реализовали в установке, которая может использоваться в сельском хозяйстве или для создания автономных систем водоснабжения. Комплекс не требует электроэнергии или топлива и работает за счёт солнечного излучения и естественных суточных колебаний влажности - установка не дает выбросов углекислого газа.
Ключевое преимущество технологии — экологичность и коммерческая доступность. Композит основан на возобновляемом вторсырье – целлюлозе, которое можно получать прямо с деревообрабатывающих предприятий.
Справочно:
Композиты — это многокомпонентные материалы, состоящие из двух или более компонентов с различными физическими или химическими свойствами. В сочетании они создают новый материал с характеристиками, отличными от свойств отдельных компонентов. Ученые «программируют» нужные характеристики в зависимости от цели разработки. Например, композиты могут превосходить по прочности или коррозионной стойкости все известные традиционные металлы.
Композиционные материалы используются в энергетике, авиации, космической промышленности и других областях.
Источник фото: отдел по связям с общественностью РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина