6 мин. чтения
1/9/2024 11:19:10 AM

Ученые создают систему испарения на основе солнечной энергии на основе солнечной энергии для высокоэффективного опреснения морской воды

Article Preview Image Солнечная платформа опреснения и извлечения GDH.Кредит: Наука авансы, doi: 10.1126/sciadv.adj1677

Минералы, а также пресная вода могут быть получены путем опреснения морской воды с солнечными энергетическими средствами для устойчивого развития человеческой цивилизации.Например, гидрогели продемонстрировали большую мощность для потенциала испарения воды на солнечной энергии, хотя высокоэффективный и удельный метод извлечения целей еще предстоит расширить.

В недавнем отчете, опубликованном в научных авансах, Хэнксю Лян и команда исследователей в Химии и материаловедении в Китае описывают процесс высокоэффективного опреснения морской воды и специфической извлечения урана с помощью интеллектуальных ДНК -гидрогелей.

Гидрогели ДНК способствовали испарение воды, а уранил-специфический ДНК-гидрогель демонстрировал высокую способность улавливать 5,7 мг на грамм для урана из натуральной морской воды из-за быстрого переноса ионов, вызванной солнечной энергией межфазного испарения и высокой селективности.Эти разработки могут позволить простым в использовании устройства, подходящие для будущей обработки морской воды.

Человеческое общество может быть разработано устойчиво через доступ к достаточной пресной воде и энергии.Последние несколько десятилетий стали свидетелями растущей нехватки пресной воды как угрозы для развития общества, где быстрое население и экономический рост также сталкивались с проблемами устойчивого развития.

Чтобы облегчить доступ к пресной воде, ученые -спасатели использовали океанические ресурсы, такие как опреснение морской воды, чтобы составить до 97% общего содержания воды на земле.

Исследователи разработали опреснение морской воды на солнечной энергии в качестве многообещающего метода производства морской воды без дополнительного потребления энергии.Наряду с опресением морской воды, различные ценные минералы и ресурсы, богатые в океане, могут быть извлечены одновременно, включая уран и литий.

Гидрогели представляют собой мягкие материалы из гидрофобных трехмерных полимерных сетей с большим количеством воды, с мягкой уникальной природой, универсальностью и превосходной биосовместимостью.

Биоматериалы на основе гидрогелей имеют сверхвысокий скорость испарения воды.В этой работе Liang и Team создали систему испарения на основе солнечной энергии на основе ДНК для производства пресноводной и целевой экстракции ионов металлов из натуральной морской воды.Ученые синтезировали ДНК-гидрогели, изготовленные из функциональных полиакриламидных сетей, связанных с ДНК, посредством одноэтапного процесса сополимеризации.

Исследователи ввели оксид графена (GO) в гидрогель, чтобы создать GO-загруженные ДНК-гидрогели, которые были легко переработаны с помощью простого метода элюирования с термически управляемой для проверки осуществимости производства пресной воды и извлечения ценных ионов металлов из натуральной морской воды.

Характеристика гидрогелей ДНК-оксида графена (GDH)

Лян и коллеги подготовили гидрогели, нагруженные графеновым оксидом, в одностадийной реакции сополимеризации, используя акриламид, N, N’-метиленбисакриламид, акридий-модифицированную ДНК, с добавлением графеновой оксида перед полимеризацией.

Исследователи применили конфокальную микроскопию для исследования микроструктуры подготовленных материалов.Команда отметила улучшенные механические свойства ДНК -гидрогеля при введении оксида графена.Добавление соединения в гидрогель ДНК позволил высокоэффективно поглощать солнечные световые свойства.Материалы показали широкополосную связь и высокоэффективный диапазон длины волны поглощения.

Исследовательская группа исследовала компетентность биоматериалов для высокоэффективного испарения воды на солнечной энергии.Где материалы образовали водородные связи с гидрофильными полимерными цепями, чтобы ограничить молекулы воды в гидрофильной гидрогелевой конструкции.

Процесс привел к образованию трех типов молекул воды, включая свободную воду, промежуточную воду и связанную воду, где процесс требовался меньше энергии для промежуточной воды, чтобы избежать гидрогеля, чем для свободной воды, чтобы пройти от массовой жидкости.

Гидрофильные группы в материале облегчали активацию молекул воды и снижали энергию испарения воды путем регулирования водородных связывающих структур инкапсулированных молекул воды.Исследователи использовали спектроскопию комбинационного раманов, чтобы дифференцировать разновидности водных структур в чистой воде и внутри гидрогелевого материала.

Графено-оксидные ДНК-гидрогели для извлечения уран

Уран распределяется в океанах как ключевой элемент в ядерном топливе с величинами изобилия по сравнению с землей.Основной формой урана в морской воде являются ионы уранила, с низкой концентрацией, где элементы сосуществуют со многими мешающими ионами, включая ванадий.

Дназимы или каталитическая ДНК, содержащая короткие ДНК -олигонуклеотиды, могут извлекать редкие ионы металлов, такие как ионы уранила, из -за их высокой аффинности и специфических ионных ионных свойств.

Чтобы облегчить процесс, команда закодировала единицы ДНК, которые были включены в гидрогель оксида графена с последовательности уранилселективного дназима для извлечения ионов уранила.Контрольные эксперименты показали, как гидрогель без ДНК имел гораздо более низкую адсорбционную способность урана.

Биоматериал также был способен к избирательности для урана в присутствии ионов ванадия, а включение ДНК обеспечило ключ для селективности с адсорбцией урана.Результаты изложили широкий спектр антибиофоволинг-активности биоматериала для длительного применения в опреснение морской воды и во время экстракции урана.

Лян и команда выполнили численное моделирование для сравнения миграции ионов посредством диффузии, и отметили наличие градиента температуры при освещении.Градиент температуры увеличивал перенос ионов для способности способствовать процессу во всей конструкции гидрогеля.

Единицы ДНК в биоматериале избирательно экстрагировали различные мишени, чтобы установить литий-ионный дназим, а также экстракцию ионов металлов натрия, калия и магния с помощью гидрогелей умных ДНК.

В то время как биоматериал с оксидом, нагруженным графеном, продемонстрировал превосходную способность уранила из естественной морской воды, способность экстракции увеличивалась при солнечном освещении в эндотермическом процессе.Производительность экстракции урана с помощью биоматериала была настолько компетентной, насколько это было получено с помощью усовершенствованных материалов извлечения.

Лян и команда проверили производительность биоматериала с естественной морской водой с помощью индуктивно связанной с спектроскопией оптической эмиссии плазмы в море Бохай.Результаты показали способность одновременно испарять ультрастаноту воды и высоко избирательно из натуральной морской воды с помощью устройства, интегрированного с солнечным питанием.

Таким образом, Hanxue Liang и Team изобрели систему испарения на основе солнечной энергии на основе ДНК, чтобы одновременно облегчить высокоскоростное опреснение морской воды и очень специфическую добычу полезных ископаемых, включая уран и литий.В высокопрофильных сетевых конструкциях облегчали энтальпию испарения воды в гидрогеле, чтобы эффективно способствовать испащению морской воды на солнечной энергии.

Команда ввела структуры ДНК для повышения эффективности испарения платформы и облегчила гидрогель с определенными свойствами экстракции ионов металлов для экстракции ионов металлов при освещении.Умные ДНК-гидрогели являются многообещающими для сбора пресной воды и уранила из-за морской воды, а также для очистки ядерных сточных вод, обогащенных уранилом.

Больше информации: Hanxue Liang и др., Одновременное высокоэффективное опреснение морской воды и очень специфическое экстракцию целевых гидрогелей, научные достижения (2023).Doi: 10.1126/sciadv.adj1677

© 2024 Science X Network

Получи бесплатную еженедельную рассылку со ссылками на репозитории и лонгриды самых интересных историй о стартапах 🚀, AI технологиях 👩‍💻 и программировании 💻!
Присоединяйся к тысячам читателей для получения одного еженедельного письма

Подписывайся на нас:

Нашли ошибку в тексте? Напишите нам.

Добавляй ЛРНЧ в свою ленту Google Новостей.
Читайте далее 📖

Увеличение долговечности Li-Me аккумулятора за счет минимизированного координационного разбавителя

5/25/2024 · 6 мин. чтения

Увеличение долговечности Li-Me аккумулятора за счет минимизированного координационного разбавителя

Использование магнитно-резонансной спектроскопии для проектирования эффективных литиевых батарей

5/21/2024 · 6 мин. чтения

Использование магнитно-резонансной спектроскопии для проектирования  эффективных литиевых батарей