การศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ใน วัสดุการทำงานขั้นสูง มันนำเสนอวิธีการใหม่ในการปรับปรุงทั้งการทำให้บริสุทธิ์น้ำและการผลิตพลังงาน นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเมมเบรน Janus โดยใช้วัสดุขั้นสูงที่มุ่งเป้าไปที่การขาดน้ำและความต้องการพลังงานโดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่มีการ จำกัด การเข้าถึงทรัพยากรแบบดั้งเดิม
รูปภาพของเครดิต: gaga.vastard/shutterstock.com
แม้ว่าการระเหยของพลังงานแสงอาทิตย์จะดีขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แต่ความท้าทายยังคงอยู่ พวกเขารวมถึงประสิทธิภาพการระเหยต่ำประสิทธิภาพระยะยาวและปัญหาเกี่ยวกับการสะสมของเกลือ
การตรวจสอบนี้แนะนำเมมเบรนที่ใช้เซลลูโลสพี่เลี้ยง (CNF) และรุ่น MXENE ที่ดัดแปลงเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพในการสะสมน้ำและการผลิตพลังงานในระยะเวลานานขึ้น
พื้นหลัง
การนึ่งพลังงานแสงอาทิตย์เป็นวิธีการที่มีแนวโน้มในการทำให้บริสุทธิ์น้ำและการผลิตพลังงาน อย่างไรก็ตามระบบปัจจุบันมักจะต่อสู้กับปัญหาเช่นมลพิษเมมเบรนและการสะสมเกลือ ปัญหาเหล่านี้ลดประสิทธิภาพเมื่อเวลาผ่านไป
Mxena เป็นวัสดุที่รู้จักกันดีในการขนส่งน้ำที่ดีและคุณสมบัติความร้อน ในการศึกษาเหล่านี้ MXENE ได้รับการแก้ไขโดยใช้ cytylimethylamony bromide (CTAB) การประมวลผลนี้เพิ่มช่องว่างระหว่างเลเยอร์และพื้นผิวซึ่งช่วยปรับปรุงการเคลื่อนไหวของน้ำเช่นเดียวกับการแปลงความร้อน
เซลลูโลส nanofibers ถูกเพิ่มเข้ามาเพื่อเสริมสร้างเมมเบรนและปรับปรุงการขนส่งทางน้ำ ผลที่ได้คือ Janus Membrane ซึ่งมีสองพื้นผิวที่มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ด้านหนึ่งดึงดูดน้ำและอีกด้านหนึ่งผลักมันออกไป การออกแบบนี้มีประโยชน์สำหรับการปฏิเสธเกลือและการบำรุงรักษาน้ำในระหว่างการระเหย
การศึกษาในปัจจุบัน
ในการสร้างเมมเบรน CNF@CTAB-MXENE/PTFE Janus นักวิทยาศาสตร์ได้ทำสองสามขั้นตอน ก่อนอื่นพวกเขาสร้าง CNF โดยใช้วิธีการออกซิเดชั่นจังหวะ ซึ่งรวมถึงการรักษาเยื่ออ่อนที่มีสารเคมีเพื่อให้ได้สารแขวนลอยที่เข้มข้นของนาโน
จากนั้น Nanosek Mxene นั้นทำโดยการย่อยเฟสสูงสุดของti₃alc₂โดยใช้สารละลายของกรดไฮโดรคลอริกและฟลูออรีนครอก กระบวนการนี้สร้างการกระจายตัวที่มั่นคงของ MXENE จากนั้นใช้ CTAB เพื่อปรับเปลี่ยน MXENE ซึ่งปรับปรุงโครงสร้างภายในและพื้นผิวเพื่อการเคลื่อนที่ของน้ำที่ดีขึ้น
เมมเบรนของ Janus ถูกรวบรวมครั้งแรกโดยใช้คอมโพสิต CNF@CTAB-MXENE จากนั้นชั้น PTFE ถูกวางไว้บนคอมโพสิตนี้เพื่อเพิ่มคุณสมบัติ superhydrophobic การรักษาด้วยพลาสมาถูกใช้เพื่อปรับปรุงว่าเลเยอร์ติดกันได้ดีเพียงใด การกำหนดค่านี้เปิดใช้งานการเคลื่อนไหวที่มีประสิทธิภาพผ่านเมมเบรนและลดการสะสมเกลือซึ่งสามารถบล็อกระบบได้
เพื่อทดสอบเมมเบรนนักวิทยาศาสตร์ได้สร้างระบบบำบัดน้ำทะเลพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบนี้ใช้เมมเบรนทั้งสองเพื่อระเหยน้ำและผลิตกระแสไฟฟ้า การทดสอบวัดความเร็วการระเหยการดูดซับแสงและเอาต์พุตไฟฟ้าจากโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกที่สร้างขึ้นในการกำหนดค่า
ผลลัพธ์และการอภิปราย
CNF@CTAB-MXENE/PTFE Janus Membrane ทำงานได้ดีกว่าเยื่อหุ้มแบบดั้งเดิม ภายใต้แสงแดดเท่ากับดวงอาทิตย์หนึ่งระบบถึงความเร็วของการระเหย 1.51 กิโลกรัมต่อตารางเมตรต่อชั่วโมง นอกจากนี้เขายังมาถึงขีดความสามารถของการแปลงความร้อนความร้อน 98.56 % ในระหว่างการทดสอบตลอด 24 ชั่วโมงไม่มีการตรวจพบเกลือบนพื้นผิวของเมมเบรนซึ่งแสดงให้เห็นว่าโครงการป้องกันการสะสมของเกลือได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เมมเบรนยังแสดงประสิทธิภาพเชิงกลที่แข็งแกร่งด้วยความแข็งแรงยืดของ 22.19 MPa ดูดซับแสง 94.07 % ในช่วงความยาวคลื่นที่หลากหลาย ผลลัพธ์เหล่านี้เป็นผลมาจากการเชื่อมต่อของเลเยอร์ CNF@CTAB-MXENE และชั้น PTFE ที่ทำซ้ำน้ำ ร่วมกันพวกเขารักษาการเคลื่อนไหวของน้ำในขณะที่ลดปัญหาเกลือ
หลังจากเชื่อมต่อกับโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกระบบก็ผลิตกระแสไฟฟ้า ภายใต้แสงแดดที่แข็งแกร่ง (ดวงอาทิตย์สามดวง) สร้าง 343.8 ล้าน ฟังก์ชั่นคู่นี้มีประโยชน์ในพื้นที่ห่างไกลโดยไม่สามารถเข้าถึงพลังงานทั่วไปซึ่งระบบพลังงานแสงอาทิตย์สามารถช่วยตอบสนองความต้องการของทั้งน้ำและไฟฟ้า
ดาวน์โหลดสำเนา PDF ทันที!
แอปพลิเคชัน
การศึกษาครั้งนี้แนะนำ Janus Membrane ที่ทำจากวัสดุจากเซลลูโลสซึ่งสนับสนุนทั้งการทำให้บริสุทธิ์น้ำและการผลิตไฟฟ้า MXENE ดัดแปลง, ทำความสะอาด CTAB, ปรับปรุงการขนส่งทางน้ำและการดูดซับแสง ชั้น PTFE ช่วยป้องกันการสะสมเกลือซึ่งช่วยให้ระบบอยู่ตลอดเวลา
ระบบยังคงมีเสถียรภาพและมีประสิทธิภาพในระหว่างการทดสอบเป็นเวลานาน สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าสามารถใช้เมมเบรนในแอพพลิเคชั่นในโลกแห่งความเป็นจริงรวมถึงการกลั่นน้ำทะเลและการผลิตพลังงานนอกเครือข่าย
การศึกษาเน้นคุณค่าของการใช้วัสดุที่ให้บริการมากกว่าหนึ่งเป้าหมาย ระบบเช่นนี้สามารถมีบทบาทสำคัญในการจัดการน้ำและพลังงานอย่างสมดุล พวกเขายังสนับสนุนเป้าหมายด้านสิ่งแวดล้อมและการพัฒนาที่กว้างขึ้นนำเสนอโซลูชั่นที่เชื่อถือได้ในพื้นที่ที่ต้องการพวกเขามากที่สุด
การอ้างอิงของวารสาร
Li Y. และใน– (2025) ขั้นสูง NAN-PODBRZOWA MEDIFIED MXENE JANUS MEMBRANE สำหรับความร่วมมือพลังงานน้ำ 24 ชั่วโมงอย่างต่อเนื่อง วัสดุการทำงานขั้นสูง2502605 สอง: 10.1002/adfm.202502605