پژوهشگران در شانگهای چین موفق به ساخت ماده‌ای منحصر به فرد شده‌اند که ویژگی‌های برتر هیدروژن و اسفنج را همزمان در خود دارد.
به گزارش تکناک، این ماده جدید که هیدروسفنج نامیده می‌شود، می‌تواند با روشی بسیار کارآمدتر از فناوری‌های فعلی، رطوبت موجود در هوا را جذب و به آب آشامیدنی تبدیل کند.
فهرست مطالب
هیدروسفنج؛ ترکیبی از قدرت جذب بالای هیدروژل و ساختار متخلخل اسفنج
هیدروژل‌ها به خاطر توانایی بالا در جذب و نگهداری آب شناخته می‌شوند، اما معمولاً آب را بیش از حد محکم نگه می‌دارند و برای بازیابی آب از آنها به انرژی زیادی (معمولاً گرما) نیاز است. از سوی دیگر، اسفنج‌ها به دلیل ساختار سبک و متخلخل خود، رطوبت را راحت‌تر آزاد می‌کنند، اما آب از آنها به‌سرعت خارج می‌شود.
این هیدروسفنج جدید با داشتن نرمی و قدرت جذب هیدروژل و در عین حال ساختار اسفنج‌مانند، می‌تواند با گرمایی بسیار ملایم مانند نور خورشید، آب جذب شده را به آسانی آزاد کند. به این ترتیب، این ماده بهترین ویژگی‌های هر دو ماده را دارد؛ جذب بالای آب و مصرف انرژی کم برای استخراج آن.
ترکیبات سازنده هیدروسفنج
مواد اصلی تشکیل‌دهنده این هیدروسفنج شامل:
- کیتوسان (ماده‌ای زیستی از ضایعات صدف‌های دریایی)
- اسید γ-پلی‌گلوتامیک (بیوپلیمر طبیعی)
- پلی‌وینیل‌پیرولیدون
برای افزایش جذب نور و تبدیل مؤثر آن به گرما، پژوهشگران ترکیبی به‌نام پلی‌پیرول را نیز به این ماده اضافه کردند.
علاوه بر این، با استفاده از روش‌های فیزیکی و شیمیایی خاص، ساختار متخلخلی در ماده ایجاد شد که ۷۰ درصد آن فضای خالی با کانال‌های به‌هم‌پیوسته است تا بخار آب به راحتی وارد آن شده و روی سطح ماده بچسبد. همچنین، برای افزایش جذب رطوبت، نمک لیتیوم کلرید (LiCl) که خاصیت جذب بالایی دارد، به ماده افزوده شد.
نتیجه نهایی، تولید ماده CPPY@LiCl بود؛ هیدروسفنجی پیشرفته که بدون نیاز به منبع انرژی خارجی می‌تواند آب را جذب و آزاد کند.
انرژی کمتر، آب بیشتر
بررسی‌های علمی نشان داد آب در این ماده به سه حالت وجود دارد:
- آب محکم چسبیده به ماده
- آب نسبتاً آزاد
- آب آزاد درون کانال‌ها
بیشتر آب موجود در CPPY@LiCl در حالت آزاد یا نیمه‌آزاد است و به همین دلیل، انرژی مورد نیاز برای تبخیر آن تا ۴۰ درصد کمتر از آب معمولی است. همچنین درحالی‌که مواد جذب‌کننده آب سنتی نیاز به دمایی حدود ۸۰ درجه سانتی‌گراد دارند، آب از این هیدروسفنج در دمای ۵۰ درجه سانتی‌گراد شروع به خارج شدن می‌کند؛ دمایی که به راحتی با نور خورشید تأمین می‌شود.
آزمایش در شرایط واقعی
در آزمایش‌های آزمایشگاهی، عملکرد جذب آب این ماده در رطوبت‌های مختلف بررسی شد:
- رطوبت ۳۰ درصد: ۱.۶۴ گرم آب به ازای هر گرم ماده
- رطوبت ۶۰ درصد: ۲.۶۵ گرم آب
- رطوبت ۸۰ درصد: ۴.۲۱ گرم آب
در تست میدانی، این ماده در فضای باز طی شب رطوبت جذب کرد و در طول روز آب را آزاد نمود. نتیجه این آزمایش، برداشت ۶.۲۹ لیتر آب به ازای هر مترمربع از سطح ماده بود. نکته قابل توجه این است که حتی پس از تابش شدید اشعه ماوراءبنفش، هیدرواسفنج ۹۰ درصد کارایی جذب آب خود را حفظ کرد.
آیا این آب قابل شرب است؟
بر اساس آزمایش‌های انجام‌شده، آبی که از CPPY@LiCl استخراج شده، کاملاً مطابق با استانداردهای سازمان جهانی بهداشت (WHO) برای آب آشامیدنی است و مصرف آن برای انسان بی‌خطر می‌باشد.
گامی بزرگ برای حل بحران جهانی آب
این هیدروسفنج نه‌تنها از مواد زیست‌تجزیه‌پذیر ساخته شده و بازدهی بسیار خوبی دارد، بلکه فقط به نور خورشید نیاز دارد. این ویژگی‌ها آن را به راه‌حلی ایده‌آل برای مناطق روستایی و دورافتاده که دسترسی به آب آشامیدنی ندارند، تبدیل کرده است.
با این حال، پژوهشگران تأکید دارند که تحقیقات بیشتری برای بهبود عملکرد و کاهش هزینه‌های تولید این ماده مورد نیاز است تا در آینده بتوان از آن در مقیاس گسترده‌تر استفاده کرد.
