7 جولای 2023 -توسط راشل لون، دانشگاه کالیفرنیا – برکلی-نسل جدید برداشت آب پسیو MOF. اعتبار: آب طبیعت
مطالعه ای که در Nature Water منتشر شده نشان می دهد، محققان دانشگاه کالیفرنیا برکلی یک دستگاه دستی اثبات شده در آب و هوای شدید طراحی کرده اند که می تواند مولکول های آب را از هوا به آب آشامیدنی استخراج و تبدیل به آب آشامیدنی کند.
این برداشت آب جوی از یک ماده فوق متخلخل به نام چارچوب فلزی-آلی (MOF) برای استخراج آب مکرر در گرم ترین و خشک ترین مکان در آمریکای شمالی، پارک ملی دره مرگ، استفاده کرد. این آزمایش‌ها نشان داد که این دستگاه می‌تواند آب پاکیزه را در هر جایی فراهم کند و به یک مشکل فوری رسیدگی کند، زیرا تغییرات آب و هوایی شرایط خشکسالی را تشدید می‌کند.
عمر یاغی استاد شیمی برکلی که MOF ها را اختراع کرد و مدیر و دانشمند ارشد BIDMAP این مطالعه را هدایت می کندگفت: “تقریبا یک سوم جمعیت جهان در مناطقی با تنش آبی زندگی می کنند. پروژه های سازمان ملل در سال 2050 این است که تقریبا 5 میلیارد نفر در سیاره ما در بخش قابل توجهی از سال نوعی تنش آبی را تجربه خواهند کرد.” ، “این کاملاً مربوط به مهار یک منبع جدید برای آب است.”
انواع دیگر مواد مانند هیدروژل ها، زئولیت ها یا نمک ها نمی توانند در شرایط کم رطوبت، به شیوه ای کارآمد انرژی و با ظرفیت بالا به یکباره کار کنند. برداشت‌کننده‌های MOF می‌توانند، و آنها را به ابزاری فوق‌العاده قدرتمند برای رسیدگی به مسائل کم‌آب مرتبط با هر چیزی از آب آشامیدنی گرفته تا کشاورزی تبدیل می‌کنند. این فناوری همچنین می تواند برای تامین آب خالص در مناطقی که آب فراوان است، اما تمیز نیست، استفاده شود.
این مطالعه یکی از راه‌هایی را نشان می‌دهد که MOFهای ویژه طراحی شده می‌توانند به جامعه در مبارزه و سازگاری با تغییرات آب و هوایی کمک کنند. کارشناسان کالج محاسباتی، علوم داده، و مؤسسه مواد دیجیتال باکار جامعه (BIDMaP) از علم داده و یادگیری ماشین برای تسریع و مقیاس‌پذیری طراحی این مولکول‌ها، مواد و دستگاه‌ها استفاده می‌کنند.
“کاری که ما در BIDMaP انجام می دهیم ایجاد چیزی است که من آن را “چرخه نوآوری دیجیتال” می نامم تا مولکول، مواد و نحوه پیکربندی و تناسب مواد با دستگاه از جمله طراحی واقعی دستگاه، کارایی و عملکرد آن را به هم متصل کند.”. “همه اینها به هم متصل هستند و هر بخش باید بهینه شود تا بالاترین عملکرد را داشته باشد.”
نویسندگان این مطالعه، ووچول سونگ، ژیلینگ ژنگ، علی الواضی و یاغی هستند. آنها به دپارتمان شیمی برکلی، موسسه علوم نانو انرژی Kavli و BIDMaP وابسته هستند. نام مقاله “جمع کننده آب MOF آب را از هوای صحرای دره مرگ در نور خورشید تولید می کند”، است.
برداشت و بهره وری آب
محققان برکلی این دستگاه را در برکلی، کالیفرنیا، و پارک ملی دره مرگ در کالیفرنیا آزمایش کردند. با وجود شرایط بسیار کم رطوبت و دمای گسترده روزانه در دره مرگ، دستگاه MOF به طور مکرر در هر دو مکان آب استخراج کرد.
همچنین در برداشت آب بسیار کارآمد است و 85 تا 90 درصد آب جذب شده را به عنوان بخار اتمسفر به عنوان آب آشامیدنی آزاد می کند. از هر کیلوگرم چارچوب فلزی-آلی در روز تا 285 گرم آب برداشت کرد که معادل یک فنجان آب است. MOF می تواند برای چندین دوره در طی سالیان متمادی به کار خود ادامه دهد بدون اینکه دوباره پر یا اصلاح شود. در پایان عمر خود، MOF را می توان در آب با دبی صفر و به روشی پایدار جدا کرد و دوباره مونتاژ کرد.
تیم کارشناسانی که MOF و دستگاه را توسعه دادند از اینکه این برای محیط زیست چه معنایی دارد هیجان زده بودند. یکی از ویژگی‌هایی که آن را از سایر فناوری‌های تولید آب پاک متمایز می‌کند این است که کاملاً از نور خورشید محیط تغذیه می‌کند و برای کار کردن به منابع انرژی اضافی نیاز ندارد. این بدان معناست که کار با آن هیچ گونه انتشار گرمایش سیاره ایجاد نمی کند.
همچنین کوچکتر از دستگاه قبلی MOF است و می تواند در یک کیف دستی جا شود. با وجود تغییر اندازه، دستگاه حتی از نظر انرژی کارآمدتر است. این 200 گرم آب تمیز در هر متر مربع بخار آب تولید کرد که بیش از سه برابر میزان بهره وری آب نسبت به تکرار قبلی تیم یاغی از یک دروگر با موتور MOF بود.
احتمالاً پیشرفت‌های بیشتری در کارایی، اندازه و مقیاس برای این نمونه اولیه وجود خواهد داشت. یاغی گفت که روزی می‌تواند شاهد پذیرش گسترده دستگاه‌های برداشت آب خانگی مبتنی بر MOF و دستگاه‌های برداشت آب در مقیاس جامعه با کمک علم داده و یادگیری ماشین باشد. آنها می توانند در آشپزخانه ها یا حتی در کنار دستگاه های تهویه مطبوع باشند تا آب تمیز برای پخت و پز و نظافت خانه ها را تامین کنند. او گفت که برخی از شرکت ها در حال حاضر روی این موضوع کار می کنند.
یاغی گفت: این به افراد استقلال آبی می دهد.
