В AIP Advances от AIP Publishing ученые из Китая сообщают о разработке высокоэффективного опреснительного устройства, работающего от солнечной энергии. Устройство состоит из титансодержащего слоя TiNO или оксида нитрида титана, способного поглощать солнечную энергию. TiNO наносится на специальный тип бумаги и пеноматериала, который позволяет солнечному поглотителю плавать в морской воде.
Когда солнечный свет попадает на слой титана, он быстро нагревается и испаряет воду. Поместив устройство в прозрачный контейнер с наклонной кварцевой крышей, водяной пар может конденсироваться и собираться, образуя обильное количество пресной воды.
«В области солнечной энергии TiNO представляет собой обычное коммерческое покрытие, поглощающее солнечные лучи, широко используемое в солнечных системах горячего водоснабжения и фотоэлектрических установках», – сказал автор Чао Чанг. "Он имеет высокий коэффициент поглощения солнечной энергии и низкий коэффициент теплового излучения и может эффективно преобразовывать солнечную энергию в тепловую энергию."
Исследователи разработали метод нанесения слоя TiNO с использованием техники, известной как магнетронное распыление.
Они использовали особый тип высокопористой бумаги, известной как бумага с воздушной прослойкой, которая действует как капиллярный материал для подачи воды из резервуара с морской водой. Бумага Airlaid изготавливается из древесных волокон и обычно используется в одноразовых подгузниках.
Блок испарения состоял из трех частей: слоя TiNO сверху, теплоизоляции и бумаги с воздушным прослаиванием снизу. Изоляционный слой представляет собой пенополиэтилен, который имеет множество заполненных воздухом пор, которые задерживают тепло и позволяют многослойному устройству плавать над резервуаром с морской водой, сводя к минимуму потери тепла в окружающую среду.
«Пористая бумага с воздушным прослаиванием, используемая в качестве подложки для солнечного абсорбера из TiNO, может быть повторно использована и переработана более 30 раз», – сказал Чанг.
Осаждение соли на поверхности TiNO могло повлиять на эффективность, но исследователи обнаружили, что даже спустя долгое время на поверхности не образовывался слой соли.
Они предполагают, что пористая природа бумаги отводит любую соль, которая может образоваться на поверхности, возвращая ее в резервуар с морской водой.
Соленость обычной морской воды составляет более 75000 миллиграммов соли на литр. Обычная питьевая вода имеет соленость около 200 миллиграммов на литр.
Опреснительная установка позволила снизить соленость морской воды до менее 2 миллиграммов на литр.
Сочетание низкой стоимости, высокой эффективности и отсутствия загрязнения для этой технологии опреснения показывает, что она может помочь решить проблему нехватки пресной воды в мире.