Российские учёные разработали и испытали метод опреснения воды с помощью хлопьев из графена размером с клетку человеческой кожи. Авторы работы добавили такие частицы в воду и проверили, как быстро она будет испаряться под воздействием света в разных диапазонах спектра. Оказалось, что под лучами солнца графен ускоряет испарение воды на 95%. Это может найти применение не только в системах для опреснения и очистки воды, но и в солнечной энергетике.
Российские учёные из Национального исследовательского университета МЭИ выяснили, как ускорить испарение воды при помощи наночастиц графена на 95% без дополнительных энергозатрат. Открытие может найти применение в установках для опреснения и очистки воды. Об этом RT рассказали в пресс-службе Российского научного фонда (РНФ). Исследование проведено при поддержке РНФ. Результаты опубликованы в журнале Solar Energy.
Графен — наноматериал, состоящий из углеродного слоя атомарной толщины. Он способен хорошо проводить тепло и имеет большую площадь поверхности. Авторы работы решили применить эти свойства материала, чтобы ускорить испарение воды. Это важно для совершенствования установок для опреснения солёной морской воды и очистки сточных вод от загрязняющих примесей.
Сначала учёные подготовили опытную наножидкость — дистиллированную воду с добавлением 5% хлопьев графена размером с клетку кожи человека и толщиной в 3—5 атомов углерода.
Кроме того, исследователи построили специальную установку для проведения экспериментов. Она состоит из источника нагревающего излучения, контейнера для жидкости, а также системы измерения её температуры и массы.
Затем учёные сравнили скорость испарения воды из сосуда, где находилась вода с добавлением графена, и обычной дистиллированной воды. Оба образца по очереди облучали синим, зелёным, красным, ближним и дальним инфракрасным светом.
Оказалось, что дальний инфракрасный свет поглощается преимущественно водой, поэтому графеновая наножидкость и дистиллированная вода нагрелись одинаково. Облучение синим светом не изменило температуру ни одного из образцов. А красный свет не повлиял на графен, но охладил воду.
Зато обучение зелёным и ближним инфракрасным светом дало очень хороший результат. Температура воды с хлопьями графена за полтора часа эксперимента повысилась с 15,5 °С до 18,5 °С, а температура чистой воды не изменилась. Это говорит о том, что излучение с такими длинами волн поглощается в основном именно графеном. Нанохлопья нагреваются сами и эффективно нагревают воду, что ускоряет её испарение.
Учёные провели ещё один эксперимент, уже с солнечным светом — под его воздействием вода из сосуда с графеновыми наночастицами испарялась на 68—95% быстрее, чем из сосуда с чистой водой. Этот эффект может найти применение не только при создании новых систем опреснения и очистки воды, но и в солнечной энергетике.
Теперь авторы исследования намерены добиться стабильности графеновой наножидкости — найти решение, которое не позволит частицам оседать на дно ёмкости с водой.
«Комбинация воды и графеновых хлопьев может служить хорошей рабочей жидкостью, способной поглощать широкий диапазон длин волн для прямого преобразования солнечного излучения в тепловую энергию. Полученные нами данные позволят решить многие прикладные задачи в таких областях, как солнечная энергетика и традиционные тепловые системы», — пояснила RT доцент кафедры низких температур Московского энергетического института Инна Михайлова.