วัสดุใหม่สามารถเร่งการระเหยในโรงกลั่นน้ำทะเลติดตามโมเลกุลที่เป็นอันตราย


อนุภาคนาโนของไทเทเนียมไดออกไซด์ที่ตกแต่งด้วยทองคำจะดูดซับสเปกตรัมของแสงอาทิตย์ประมาณ 96% และเปลี่ยนเป็นความร้อน วัสดุสามารถเร่งการระเหยในโรงกลั่นน้ำทะเลได้ถึง 2.5 เท่าและสามารถติดตามโมเลกุลและสารประกอบที่เป็นอันตรายได้

ทีมวิจัยระหว่างประเทศกับตัวแทนจาก Far Eastern Federal University (FEFU), ITMO University และสาขา Far Eastern ของ Russian Academy of Sciences ได้ตีพิมพ์บทความที่เกี่ยวข้องใน ACS Applied Materials and Interfaces.

การเข้าถึงน้ำที่ปลอดภัยรวมอยู่ใน 17 เป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืนของสหประชาชาติ ในขณะเดียวกันองค์การอนามัยโลก (WHO) และกองทุนเพื่อเด็ก (ยูนิเซฟ) ได้แก้ไขปัญหาในรายงานปี 2019 โดยระบุว่าประชากร 2.2 พันล้านคนขาดการเข้าถึงน้ำดื่มที่ปลอดภัย

วิธีหนึ่งในการจัดหาน้ำดื่มที่สะอาดคือการกรองน้ำทะเลออกโดยการระเหยและความเข้มข้นของไอน้ำที่ตามมา เพื่อให้ได้ผลผลิตที่มากขึ้นจึงต้องการวัสดุใหม่เพื่อเร่งการระเหย ในช่วงห้าปีที่ผ่านมาสิ่งนี้ได้กลายเป็นสาขาการวิจัยที่เติบโตอย่างรวดเร็วทั่วโลก

วัสดุที่เป็นนวัตกรรมดังกล่าวได้รับการออกแบบโดยนักวิทยาศาสตร์ของ FEFU, FEB RAS และ ITMO University ร่วมกับเพื่อนร่วมงานจากสเปนญี่ปุ่นบัลแกเรียและเบลารุส นักวิจัยอ้างว่าสามารถใช้เป็นเครื่องทำความร้อนนาโนสำหรับการระเหยของน้ำและเป็นเครื่องตรวจจับแสงในระบบเซ็นเซอร์ติดตามร่องรอยที่เล็กที่สุดของสารต่างๆในของเหลว

คุณสมบัติในภายหลังอาจเกี่ยวข้องกับระบบชีวการแพทย์ของไหลขนาดเล็กห้องปฏิบัติการบนชิปและการตรวจสอบมลพิษทางสิ่งแวดล้อมยาปฏิชีวนะหรือไวรัสในน้ำ

เมื่อฉายรังสีด้วยเลเซอร์ไททาเนียมไดออกไซด์ที่เป็นผลึกในขั้นต้นจะกลายเป็นอสัณฐานอย่างสมบูรณ์โดยได้รับคุณสมบัติการดูดซับแสงที่แข็งแกร่งและบรอดแบนด์ การตกแต่งและการเติมวัสดุด้วยนาโนคลัสเตอร์ทองคำยังช่วยเพิ่มการดูดซับแสงที่มองเห็นได้อีกด้วย ในขั้นต้นเราตั้งใจจะใช้คุณลักษณะนี้ในบริบทของพลังงานแสงอาทิตย์ แต่ตระหนักได้อย่างรวดเร็วว่าเนื่องจากอนุภาคนาโนที่มีโครงสร้างอสัณฐานใหม่ในชั้นเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้งานอยู่จะเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ที่ดูดซับไปเป็นความร้อนแทนที่จะเป็นไฟฟ้า แต่แนวคิดนี้มาเพื่อใช้เป็นเครื่องทำความร้อนนาโนชนิดหนึ่งในถังกรองน้ำทะเลซึ่งทำได้สำเร็จในสภาพห้องปฏิบัติการ”

Alexander Kuchmizhak ผู้เขียนศึกษาและนักวิจัยอาวุโสสถาบันระบบอัตโนมัติและกระบวนการควบคุม มหาวิทยาลัย Far Eastern Federal

เรื่องที่เกี่ยวข้อง

วัสดุได้มาจากเทคโนโลยีการระเหยด้วยเลเซอร์ในของเหลวที่เรียบง่ายและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

& laquo เราได้เพิ่มผงนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ลงในของเหลวที่มีไอออนของทองคำและฉายรังสีผสมด้วยเลเซอร์พัลส์ของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ วิธีนี้ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ราคาแพงสารเคมีอันตรายและสามารถปรับให้เหมาะสมได้อย่างง่ายดายเพื่อสังเคราะห์วัสดุนาโนที่ไม่ซ้ำกันในอัตรากรัมต่อชั่วโมง “ผู้เข้าร่วมการวิจัย Stanislav Gurbatov นักวิจัยรุ่นเยาว์ของ FEFU Polytechnic Institute (School) กล่าว

ที่น่าสังเกตคืออนุภาคนาโนเริ่มต้นของไททาเนียมไดออกไซด์ไม่ดูดซับรังสีเลเซอร์ที่มองเห็นได้ อย่างไรก็ตามพวกมันกระตุ้นการก่อตัวของกลุ่มทองคำนาโนบนพื้นผิวของพวกมันเพื่อกระตุ้นการละลายของไททาเนียมไดออกไซด์เพิ่มเติม อนุภาคนาโนไฮบริดหลายตัวหลอมรวมกันเป็นรูปนาโนที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งนาโนคลัสเตอร์ทองคำจะอยู่ทั้งภายในและบนพื้นผิวของไททาเนียมไดออกไซด์

ผงนาโนไททาเนียมไดออกไซด์แบบอสัณฐานที่ตกแต่งโดย Au จะปรากฏเป็นสีดำสนิทต่อสายตามนุษย์เนื่องจากมันดูดซับได้อย่างมีประสิทธิภาพภายในสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้ทั้งหมดเช่นเดียวกับหลุมดำในอวกาศและเปลี่ยนเป็นความร้อน ในทางตรงกันข้ามผงไทเทเนียมไดออกไซด์ในเชิงพาณิชย์ที่ใช้เป็นวัสดุเริ่มต้นจะเห็นเป็นสีขาว

การพัฒนาวัสดุใหม่ ๆ รวมถึงวัสดุที่สนับสนุนหลักการทางกายภาพที่สามารถจัดการได้ใหม่สำหรับการใช้งานที่หลากหลายนั้นประกอบด้วยส่วนสำคัญของ FEFU ซึ่งนักวิทยาศาสตร์กำลังดำเนินการโดยร่วมมืออย่างใกล้ชิดกับ Russian Academy of Sciences เพื่อนร่วมงานในประเทศและต่างประเทศ

อ้างอิงวารสาร:

Gurbatov, SO, และคณะ (2021) TiO2 สีดำที่ตกแต่งโดย Au ที่ผลิตผ่านการเคลือบด้วยเลเซอร์ในของเหลว ASC Applied Materials & Interfaces. doi.org/10.1021/acsami.0c20463.

ที่มา: | ข่าวการแพทย์