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Mar 17, 2024

태양광

연구원들이 기름, 금속, 미세 플라스틱으로 오염된 대량의 물을 빠르게 정화할 수 있는 수세미 같은 구조를 가진 햇빛 동력 하이드로겔을 개발했습니다. 재료,

연구원들이 기름, 금속, 미세 플라스틱으로 오염된 대량의 물을 빠르게 정화할 수 있는 수세미 같은 구조를 가진 햇빛 동력 하이드로겔을 개발했습니다. 흐린 날씨에도 기능하는 이 소재는 사람의 일일 요구량을 충족할 만큼 충분한 음용수를 공급할 수 있습니다.

하이드로겔은 정수와 같은 응용 분야에 많은 가능성을 보여 주지만 지금까지 연구된 재료의 폐쇄 기공 구조로 인해 현재 기술은 충분한 양의 물을 생성할 수 없습니다. 대조적으로, 많은 사람들이 피부 각질을 제거하기 위해 사용하는 천연 수세미는 모공이 크고 열려 있으며 서로 연결되어 있습니다. 따라서 물은 이러한 구조를 통해 상당히 빠른 속도로 여과될 수 있습니다.

새로운 연구에서, 프린스턴 대학의 Rodney Priestley와 Xiaohui Xu가 이끄는 연구팀은 상호 연결된 개방 기공 구조를 가진 수세미 같은 태양 흡수제 젤(LSAG)을 제작했습니다. 젤은 다양한 오염된 수원으로부터 약 26kg/m2/h의 속도로 식수 품질의 물을 생산할 수 있는데, 이는 사람의 일일 물 요구량을 충족하기에 충분히 높은 수준이라고 그들은 말합니다.

연구진은 에틸렌 글리콜-물 용매를 사용하여 폴리(N-이소프로필아크릴아미드)(PNIPAm), 폴리도파민(PDA) 및 폴리(설포베타인 메타크릴레이트)(PSBMA)로 LSAG를 만들었습니다.

Xu는 “우리는 혼합 용매를 중합 매체로 사용하여 자유 라디칼 중합을 통해 수세미에서 영감을 받은 PNIPAm 하이드로겔을 개발했습니다.”라고 설명했습니다. "그런 다음 현장 중합 접근법을 통해 PDA 및 PSBMA로 PNIPAm을 기능화하여 물을 정화하는 다기능의 내구성이 뛰어난 태양열 흡수재를 생성했습니다."

연구진은 젤이 친수성이 되는 온도인 LCST(낮은 임계 용액 온도) 미만의 오염된 물 용액에 수세미 모양의 태양 젤을 담그어 테스트했습니다. 그들은 많은 양의 물을 흡수하는 동시에 오염 물질을 포착함으로써 겔이 부풀어오르는 것을 관찰했습니다.

그런 다음 젤을 0.5~1kW/m2(0.5~1태양)의 시뮬레이션 햇빛에 노출시켜 온도를 LCST 이상으로 높였습니다. 이로 인해 겔이 친수성 상태에서 소수성 상태로 전환되어 정제된 물이 빠르게 방출될 수 있다고 Xu는 말합니다. 실제로 젤은 단 10~20분 만에 저장된 액체의 약 70%를 방출했습니다.

복어에서 영감을 받아 탄생한 태양광 정수기

ACS Central Science에 연구 결과를 보고한 연구진에 따르면, 새로운 태양열 흡수 젤은 "일상적인 인간 수요를 충족시킬 수 있는 잠재력을 지닌 태양열 물 생산을 위한 새로운 패러다임"을 열 수 있습니다.

연구팀은 현재 수인성 박테리아를 효율적으로 죽일 수 있는 항균 하이드로겔을 개발하기 위해 노력하고 있습니다. Xu는 Physics World에 "우리는 또한 PFAS(과불화 알킬 물질)로 오염된 물을 정화하는 젤의 능력을 테스트할 것입니다."라고 말했습니다.