es.wedoany.com Noticia: Un equipo conjunto del Instituto de Ingeniería de Procesos de la Academia China de Ciencias y la Universidad de Shenzhen ha propuesto un mecanismo de "bloqueo" polimérico que teje nanopartículas en un material fototérmico tridimensional de evaporación, aumentando significativamente la tasa de evaporación solar del agua de mar. Mediante un dispositivo de prueba al aire libre, se ha logrado una exploración preliminar desde la desalinización hasta el riego agrícola. Los resultados de la investigación se han publicado en la revista académica internacional Advanced Materials.
La escasez de agua se ha convertido en un problema global, y aproximadamente una cuarta parte de la población mundial enfrenta una insuficiencia de agua dulce. La evaporación interfacial solar se considera una vía ecológica para la obtención de agua, pero el cuello de botella clave radica en que, al fabricar dispositivos macroscópicos con polvos nanofototérmicos de alto rendimiento, las partículas tienden a aglomerarse, la resistencia estructural tridimensional es deficiente, y la luz solar degrada gradualmente el esqueleto orgánico, provocando el envejecimiento y fallo del material. Cómo lograr que las nanopartículas se agreguen de manera estable y mantengan un rendimiento duradero es un problema crítico que debe resolverse.
El equipo conjunto se inspiró en el "bloqueo". Primero prepararon nanocáscaras esféricas de estructura multicapa hueca, que sirvieron como puntos de conexión. Basándose en el principio de compatibilidad entre el polímero y el disolvente, las cadenas moleculares de poliéster atravesaron con precisión los poros finos de las cáscaras esféricas, como hilos de costura, cosiendo firmemente las partículas para formar una red tridimensional sólida similar a un "bosque de nanoárboles". Esta estructura no solo previene la aglomeración de partículas, sino que también construye canales eficientes de transporte de agua.
Los datos experimentales muestran que, mediante múltiples dispersiones y absorciones, esta estructura alcanza una tasa de absorción de luz solar del 90,2%; el espacio nanoconfinado altera la red de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua, reduciendo la energía necesaria para evaporar la misma cantidad de agua en un 45,7%. Un solo elemento evaporador logró una tasa de evaporación de 38,14 kg por metro cuadrado por hora en las pruebas, 8,5 veces superior a la de la película bidimensional desarrollada anteriormente por el equipo. En una prueba de envejecimiento acelerado con agua de mar durante 30 días consecutivos, no se desprendieron nanopartículas, y el material no generó radicales libres activos bajo la luz solar, resolviendo el problema de degradación del sustrato orgánico.
Para llevar el nuevo material del laboratorio a la aplicación, el equipo utilizó un autoclave de 20 litros y un horno de túnel de múltiples zonas de temperatura en la base de ingeniería de Langfang del Instituto de Ingeniería de Procesos de la Academia China de Ciencias, logrando una producción cuantitativa a escala de cien gramos. Mediante la optimización de la disposición con simulación de fluidos computacional, el equipo desarrolló un sistema modular de acoplamiento fotovoltaico-fototérmico y construyó un dispositivo de prueba al aire libre de 0,75 metros cuadrados.
Bajo luz solar natural, el dispositivo produce 20,16 litros de agua dulce al día, suficiente para satisfacer las necesidades básicas de agua potable de aproximadamente 10 personas, y la calidad del agua cumple con los estándares de agua potable de la Organización Mundial de la Salud. El agua dulce producida ha regado con éxito 5 metros cuadrados de tierras de cultivo durante un año completo, y cultivos como espinacas, maíz y col china han completado ciclos de crecimiento completos, lo que valida la viabilidad del riego agrícola. Un análisis del costo del ciclo de vida completo muestra que, después de dos años de funcionamiento, el costo del agua producida será inferior al del agua embotellada comercial.
El equipo de investigación continúa optimizando la eficiencia de condensación y el costo del sistema, impulsando la implementación a gran escala de esta tecnología en regiones costeras con escasez de agua, islas y áreas remotas.
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