استخراج آب آشامیدنی از هوا با نانوماده ‌ای جدید

دانشمندان موفق به ساخت نانوماده‌ای پیشرفته شده‌اند که قادر است با کارایی بی‌سابقه‌ای آب آشامیدنی را از بخار موجود در هوا استخراج کند.

به گزارش تک‌ناک، این تحقیق زیر نظر پروفسور سر کاستیا نووسلوف (برنده جایزه نوبل) و پروفسور راکش جوشی صورت گرفته و توانسته است ماده‌ای فوق‌سبک با قدرت جذب بالای آب توسعه دهد، که بیش از سه برابر وزن خود آب جذب می‌کند و در جهانی که میلیاردها انسان هنوز به آب آشامیدنی پاک دسترسی ندارند، راه‌حلی کم‌هزینه و قابل‌ توسعه برای یکی از مهم‌ترین چالش‌های زیست‌محیطی جهان ارائه می‌دهد.

پروفسور راکش جوشی در این باره گفت: «فناوری ما در هر منطقه‌ای که رطوبت کافی داشته باشد، اما دسترسی به آب آشامیدنی در آن محدود باشد، کاربرد خواهد داشت.»

پیوند مولکولی بر بستر آب

این نانوماده از اکسید گرافن ساخته شده است، که لایه‌ای نازک از کربن به ضخامت یک اتم است و ترکیبات شیمیایی حاوی اکسیژن دارد، که به همین دلیل می‌تواند مولکول‌های آب را جذب کند.

پژوهشگران در ادامه، برای افزایش عملکرد این ماده، از یون‌های کلسیم (Ca²⁺) استفاده و آنها را در ساختار اکسید گرافن وارد کردند. هر دو ماده (کلسیم و اکسید گرافن) به‌ طور مستقل، توانایی بالایی در برقراری پیوندهای هیدروژنی با آب دارند.

اما ترکیب این دو ماده باعث ایجاد شبکه‌ای قوی‌تر از پیوندهای هیدروژنی شد، که باعث جذب بسیار بیشتر آب گردید.

ژیاجون رن، یکی از محققان این پروژه توضیح داد: «زمانی که به‌ صورت جداگانه میزان جذب آب توسط اکسید گرافن و کلسیم را اندازه‌گیری کردیم، هر کدام عدد مشخصی نشان دادند. اما وقتی این دو ماده را با هم ترکیب کردیم، توانایی جذب آب بسیار بیشتر از مجموع آن دو شد؛ طوری که انگار نتیجه ۱ + ۱ بیشتر از ۲ شده باشد.»

استخراج سه‌برابری آب از هوا با ساختار هواژل

پژوهشگران برای اینکه این نانوماده بتواند آب را بهتر جذب کند، آن را به صورت هواژل ساختند. هواژل یک ماده بسیار سبک می‌باشد، که ساختار آن پر از سوراخ‌های خیلی ریز است. این ویژگی باعث می‌شود که نانوماده با سرعت بیشتری آب را جذب کند و مثل اسفنج، هنگام نیاز آب را به‌تدریج آزاد نماید.

این ویژگی‌ها باعث شده‌اند تا این نانوماده گزینه‌ای مناسب برای استخراج آب در مناطق محروم از زیرساخت‌های پیشرفته باشد.

شبیه‌سازی رایانه‌ای برای طراحی بهتر

این پژوهش علاوه بر آزمایش‌های عملی، از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای پیشرفته با استفاده از ابررایانه NCI استرالیا بهره برده است. این شبیه‌سازی‌ها به درک تعاملات مولکولی پیچیده کمک کرده‌اند و پایه‌ای برای بهبود طراحی‌های آینده فراهم آورده‌اند.

پژوهشگران برای درک بهتر چگونگی عملکرد این نانوماده، از شبیه‌سازی‌های پیشرفته استفاده کردند تا نشان دهند که ترکیب مواد در سطح مولکولی چگونه می‌تواند یکدیگر را تقویت کند. این یافته‌ها به طراحی کارآمدتر سامانه‌هایی کمک می‌کند که می‌توانند از رطوبت هوا، آب استخراج کنند و راه‌حلی پایدار برای مقابله با بحران کم‌آبی در کشورهایی مانند استرالیا و سایر مناطق خشک جهان خواهد بود.

قدم بعدی دانشمندان در استخراج آب آشامیدنی از هوا

اگرچه این نوآوری در مرحله تحقیقات پایه‌ای قرار دارد، اما همکاری‌هایی با شرکای صنعتی برای تولید نمونه اولیه و انجام آزمایش‌های میدانی آغاز شده است.

نتایج این تحقیق در نشریه معتبر علمی PNAS منتشر شده و حاصل همکاری محققانی از استرالیا، چین، ژاپن، هند و سنگاپور است.