برداشت آب آشامیدنی از هوا با یک ماده فوق‌سبک

پژوهشگران بین‌المللی ماده‌ای ساخته‌اند که می‌تواند مثل اسفنج، آب را از هوای مرطوب بگیرد. این ماده از گرافن و کلسیم ساخته شده و با کمک گرمای کمی، آب جذب‌شده را آزاد می‌کند.

کد خبر: ۸۱۶۷۴۲

تاریخ: ۱۶ تير ۱۴۰۴ - ۱۲:۳۸

به گزارش روز دوشنبه گروه علمی ایران اکونومیست از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، دانشمندان از کشورهای مختلف با همکاری بین‌المللی، موفق به ساخت نوعی آئروژل سبک، اسفنج‌مانند و نانومقیاس از گرافن‌اکسید کلسیم‌دار شده‌اند که توانایی خارق‌العاده‌ای در جذب و آزادسازی آب از هوای مرطوب دارد. این دستاورد نوین می‌تواند به راهکاری مؤثر برای تولید آب آشامیدنی در مناطق کم‌برخوردار تبدیل شود.

در پژوهشی پیشگامانه به رهبری مرکز پژوهشی شورای تحقیقات استرالیا در علوم و نوآوری کربن (ARC COE-CSI)، و با همکاری دانشگاه‌های برجسته‌ای چون دانشگاه ملی سنگاپور، ژاپن، چین و هند، نوعی نانوماده‌ نوظهور برای جذب رطوبت از هوا معرفی شد که می‌تواند راه‌حل مؤثری برای تأمین آب آشامیدنی در نقاط خشک و کم‌آب باشد.

این ماده‌ نوین که از گرافن اکسیدِ میان‌لایه‌شده با یون کلسیم ساخته شده، به صورت آئروژلی سبک و متخلخل طراحی شده است. طبق گزارش منتشرشده، این ماده توانایی آن را دارد که بیش از سه برابر وزن خود آب جذب کند؛ آن‌هم با سرعتی چشمگیرتر از تمامی فناوری‌های تجاری موجود در بازار.

پروفسور راکش جوشی (Rakesh Joshi)، استادیار دانشگاه نیوساوت‌ولز (UNSW) و سرپرست این پروژه، می‌گوید: فناوری ما می‌تواند در هر منطقه‌ای که رطوبت کافی در هوا وجود دارد اما دسترسی به آب سالم محدود است، به‌کار گرفته شود.

از نظر علمی، هم گرافن اکسید و هم یون کلسیم دارای ویژگی‌های برتر در ایجاد پیوند هیدروژنی با مولکول‌های آب هستند. نکته‌ جالب توجه این است که زمانی که یون‌های کلسیم به ساختار گرافن اکسید وارد می‌شوند، برهم‌کنش میان اکسیژن و کلسیم، پیوندهای هیدروژنی را تقویت می‌کند و این پیوند قوی‌تر منجر به جذب آب بیشتر از مجموع ظرفیت جذب هر دو ماده به‌صورت جداگانه می‌شود.

شیائوجون رن (Xiaojun Ren)، نویسنده‌ی اصلی این مقاله از دانشگاه UNSW توضیح می‌دهد: وقتی میزان آب جذب‌شده توسط گرافن اکسید و سپس توسط کلسیم را جداگانه اندازه گرفتیم، عددی به‌دست آمد. اما زمانی‌که همان آزمون را برای گرافن‌اکسید کلسیم‌دار انجام دادیم، میزان جذب بسیار بیشتر از مجموع آن دو عدد بود؛ گویی ۱ به‌علاوه‌ ۱ برابر با بیش از ۲ شده باشد!

اما نقطه‌ اوج نوآوری زمانی رخ داد که این ماده به شکل آئروژل ساخته شد. آئروژل‌ها یکی از سبک‌ترین مواد جامد هستند که به‌سبب دارا بودن ساختار نانومتخلخل، سطح ویژه‌ بالایی دارند. این ویژگی به گرافن‌اکسید کلسیم‌دار اجازه می‌دهد تا با سرعتی بسیار بالا، رطوبت را از هوا جذب کرده و در دمایی حدود ۵۰ درجه سانتی‌گراد، آن را آزاد کند.

پروفسور داریا آندریوا، از نویسندگان این پژوهش، تأکید می‌کند که برای آزادسازی آب، تنها نیاز به گرمایی اندک است و سیستم به هیچ انرژی پیچیده‌ای نیاز ندارد.

این پژوهش که با همکاری چندین کشور آسیایی و استرالیا انجام شده، مبتنی بر تحلیل‌های نظری و آزمایشگاهی پیشرفته است. شبیه‌سازی‌های دقیق این فرآیند بر بستر ابررایانه‌ ملی استرالیا (NCI) انجام شده و درک عمیقی از سازوکار درونی این برهم‌کنش‌های نانومقیاس به‌دست داده است.

پروفسور امیر کارتون از دانشگاه نیوانگلند استرالیا که رهبری بخش محاسباتی پروژه را برعهده داشته، می‌گوید: «این تحلیل‌های مولکولی نشان دادند که چگونه هم‌افزایی بین یون کلسیم و ساختار گرافن، پیوندهای هیدروژنی را تقویت کرده و جذب رطوبت را بسیار افزایش می‌دهد.»

پروفسور کاستیا نووسلف (Kostya Novoselov)، برنده‌ جایزه نوبل و از رهبران این پروژه در دانشگاه ملی سنگاپور نیز ضمن تأکید بر اهمیت همکاری‌های جهانی، افزود: این پروژه نمونه‌ درخشانی از قدرت علم بین‌رشته‌ای است که می‌تواند پاسخ‌هایی عملی برای چالش‌های جهانی همچون دسترسی به آب سالم ارائه دهد.

این فناوری نوظهور، هنوز در مراحل ابتدایی توسعه قرار دارد، اما همکاری‌های صنعتی برای ساخت نمونه‌های اولیه و افزایش مقیاس تولید آغاز شده است. به گفته‌ مدیر مرکز COE-CSI، پروفسور لیمینگ دای، این پژوهش می‌تواند نقطه‌ عطفی در رفع بحران جهانی آب باشد و نشان‌دهنده‌ قدرت پژوهش بنیادین در خدمت جامعه است.