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Apr 29, 2024

太陽

研究者らは、油、金属、マイクロプラスチックで汚染された大量の水を迅速に浄化できる、ヘチマのような構造をした太陽光発電ハイドロゲルを開発した。 素材は、

研究者らは、油、金属、マイクロプラスチックで汚染された大量の水を迅速に浄化できる、ヘチマのような構造をした太陽光発電ハイドロゲルを開発した。 この材料は曇っていても機能し、人の毎日の必要量を満たすのに十分な飲料品質の水を供給できる可能性がある。

ヒドロゲルは浄水などの用途に大いに期待されていますが、これまでに研究されている材料の閉気孔構造のため、現在の技術では十分な量の水を生成できません。 対照的に、多くの人が皮膚の角質を除去するために使用する天然のヘチマには、大きく開いた、相互につながった毛穴があります。 したがって、水はこれらの構造を通して大幅に加速された速度で濾過されます。

新しい研究では、プリンストン大学のロドニー・プリーストリー氏とシャオホイ・シュー氏率いる研究チームが、相互接続された開気孔構造を持つヘチマ状の日射吸収ゲル（LSAG）を作製した。 このゲルは、様々な汚染源から約26kg/m2/hの速度で飲料品質の水を生成することができ、これは人間の毎日の水の必要量を満たすのに十分な量であると彼らは言う。

研究者らは、エチレングリコールと水の溶媒を使用して、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド) (PNIPAm)、ポリドーパミン (PDA)、およびポリ(スルホベタインメタクリレート) (PSBMA) から LSAG を作成しました。

「私たちは、重合媒体として混合溶媒を使用したフリーラジカル重合によって、ヘチマからインスピレーションを得た PNIPAm ハイドロゲルを開発しました」と Xu 氏は説明します。 「その後、現場重合アプローチによって PNIPAm を PDA と PSBMA で官能化して、水を浄化するための多機能で耐久性の高い太陽光吸収材料が得られました。」

研究者らは、ヘチマのようなソーラージェルを、ゲルが親水性になる温度である下限臨界溶液温度（LCST）未満の汚染水溶液に浸漬してテストした。 彼らは、ゲルが大量の水を吸収することで膨潤し、同時に汚染物質を捕捉することを観察しました。

次に、ゲルを 0.5 ～ 1 kW/m2 (0.5 ～ 1 太陽) の擬似太陽光に曝露し、ゲルの温度を LCST を超えて上昇させました。 これによりゲルが親水性状態から疎水性状態に切り替わり、それによって精製水が急速に放出されるようになるとシュー氏は言う。 実際、ゲルはわずか 10 ～ 20 分で、保存されていた液体の約 70% を放出しました。

ふぐをイメージした太陽光発電浄水器

ACS Central Scienceで研究成果を報告した研究者らによると、新しい太陽光吸収ジェルは「人間の日常的な需要を満たす可能性を備えた太陽熱水生産の新たなパラダイム」を開く可能性があるという。

研究チームは現在、水由来の細菌を効果的に殺すことができる抗菌性ハイドロゲルの開発に取り組んでいます。 「我々は、PFAS（ペルフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質）で汚染された水を浄化するゲルの能力もテストする予定です」とシュー氏はPhysics Worldに語った。