Микрофибриллированная целлюлоза
Основой материала стала микрофибриллированная целлюлоза, состоящая из мельчайших волокон древесной массы. МФЦ состоит из целлюлозных микрофибрилл диаметром до Ø100 нм и длиной до нескольких микрометров. Отдельные микрофибриллы имеют Ø 2–10 нм, а их отношение длины к ширине составляет 50–100. Волокна группируются в пучки и формируют прочный пористый каркас, обладающий значительной площадью поверхности. Методом суспензионной радикальной полимеризации на поверхность микроволокон целлюлозы был нанесен стирол. Это позволило усилить механическую прочность материала. В результате получилась легкая термостабильная и механически прочная композитная пористая матрица, способная поглощать влагу и выдерживать нагрузку свыше 30 кг.
Ионная жидкость BMIMCI
Благодаря иерархической системе пор материал поглощает влагу значительно быстрее неармированных аналогов. Дополнительная пропитка ионной жидкостью BMIMCI (1бутил3метилимидазолий хлорид. хим. формула — C₈H₁₅N₂Cl) позволила увеличить объем поглощаемой воды и избежать утечек, характерных для традиционных пропиток гигроскопичными солями. Эта ионная жидкость довольно популярна в исследованиях. поскольку простая структура катиона и доступный анион позволяют изучать ее межмолекулярные взаимодействия, сольватацию, транспортные свойства. Добавьте к этому возможность достаточно простой замены аниона, что дает ионную жидкость с другими свойствами при сохранении катионной основы.
Гигроскопичные соли в пористой матрице
Проблема выпотевания жидкости была устранена за счет закрепления в пористой матрице гигроскопичных солей CaCl 2 или LiCl. Полевые испытания подтвердили, что установка производит до 2,5 л воды на 1 м 2 композитного материала в час. Ночью при повышении влажности композит впитывает воду, а днем нагревается под воздействием солнечного света и всего за 6 ч полностью отдает накопленную влагу. Для этого достаточно температуры 60 °C, которая быстро достигается под прямыми солнечными лучами, сфокусированными линзой на светопоглощающий слой. Полученный пар легко конденсируется в чистую питьевую воду. Материал сохраняет свою форму и эффективность после многократных циклов использования.
Преимущества технологии
Ученые реализовали инновационную технологию в установке, которая может применяться в сельском хозяйстве или для создания автономных систем водоснабжения. Комплекс не требует электроэнергии или топлива и работает за счет солнечного излучения и естественных суточных колебаний влажности, не производя выбросов углекислого газа. Ключевыми преимуществами технологии являются ее экологичность и коммерческая доступность. Композит создан на основе возобновляемого вторсырья – целлюлозы, которую можно получать непосредственно с деревообрабатывающих предприятий. Данная разработка может найти применение в засушливых регионах Земли, при освоении других планет. Подобные технологии особенно актуальны в контексте изменения климата и роста дефицита водных ресурсов.
