Оксинітрид титану допоможе створити плавучий опріснітель на сонячній енергії

Китайські інженери створили опріснювальну установку з покриттям з оксинітрида титану, який ефективно поглинає сонячну енергію і перетворює її в теплову для випаровування морської води. У роботі, опублікованій в журналі, дослідники за допомогою нового пристрою перетворили солону воду на придатну для пиття. Опріснювальна система, запропонована вченими, інтегрована в промисловий сонячний апарат, зможе плавати в морі і надавати питну воду.

Незважаючи на велику кількість води на Землі, прісна вода становить лише 2,53 відсотка від загального обсягу водних запасів. Збільшення чисельності людей і забруднення планети веде до гострої нестачі прісної води. Зараз розробляються нові технології для перетворення морської води на питну. Про різні способи очищення води ми розповідали в матеріалі «Фільтруй з розумом».

Вчені з Даляньського морського університету на чолі з Чао Чангом (Chao Chang) розробили пристрій, який перетворює сонячну енергію в тепло для випаровування морської води, перетворюючи її на прісну. Основний блок пристрою складається з трьох шарів. Перший шар - це вспінений поліетилен, який дозволяє опріснювачу плавати, а також діє як теплоізолятор. Шар обернуть пористим папером, подібно до того, який використовується в підгузках. Капілярний ефект паперу доставляє морську воду до поверхні пристрою, де вона випаровується, очищаючись від солей, а потім конденсується. Вода випаровується завдяки шару з оксинітрида титану (TiNO), який зазвичай застосовується в сонячних системах гарячого водопостачання та фотоелектричних установках.

Інженери нанесли шар TiNO на пористий папір, використовуючи технологію магнетронного розпилення. За допомогою спектрофотометра в діапазоні довжин хвиль від 200 до 2500 нанометрів вчені виміряли сонячне поглинання паперу до нанесення оксинітрида титану і після. Нанесення на папір TiNO збільшило поглинання світла з 32 до 92 відсотків.

Щоб продемонструвати роботу опріснювальної системи, її помістили в кварцевий контейнер, наповнений розчином хлориду натрію, який імітував морську воду. Оксинітрид титану поглинав сонячну енергію і перетворював її на теплову енергію, яка йшла на випаровування води. Пар конденсувався на поверхні кварцової кришки і вже прісна вода стікала в резервуар.

Інженери за допомогою мас-спектрометрії з індуктивно-пов'язаною плазмою встановили, що концентрація солей зібраної води після опріснювальної установки знизилася з 75400 до 1,97 міліграма на літр. Випробування показали, що облога солей на поверхні пристрою не впливала на ефективність опріснення, оскільки пориста структура і гідрофільність паперу сприяли поверненню солей, що скупчуються на поверхні, назад у резервуар у солону воду.

Китайські інженери пропонують використовувати установку під час довгого перебування у відкритому морі або на острові. У 2017 році американські дослідники винайшли схожий за принципом роботи опріснювальний пристрій, але в основі якого лежить папір, покритий сажею.