Чистая вода — основа жизни (во всяком случае, на нашей планете), и её нехватка всё чаще становится глобальной проблемой, требующей инновационных решений.
Современные учёные, вдохновляясь природой и новейшими технологиями, предлагают прорывные подходы к её очистке, добыче и сохранению. Разработки в области химии, материаловедения и бионики открывают новые возможности для получения питьевой воды даже в самых сложных условиях.
Сегодня давайте рассмотрим несколько самых необычных и футуристичных открытий, которые нам подарил прошлый месяц!
1. Группа учёных из США и Швейцарии выявила анион хлорнитрамид (Cl-N-NO2−) – ранее неизвестное химическое соединение, образующееся в процессе разложения хлораминов, которые используют для дезинфекции питьевой воды. Хотя его токсичность пока не изучена, сходство с другими опасными соединениями вызывает обеспокоенность у ученых.
Джулиан Фейри, исследователь из Университета Арканзаса, отметил, что ему и его коллегам уже давно было известно о существовании этого соединения, но только сейчас удалось его синтезировать и подтвердить его структуру. Работа проводилась совместно с Высшей технической школой Цюриха.
Открытие поможет понять механизмы образования токсинов в воде и создать более безопасные технологии водоочистки. Вопросы о влиянии хлорнитрамида на здоровье будут рассмотрены в дальнейших исследованиях. Учёные подчеркивают, что даже если это вещество не окажется вредным, его изучение проливает свет на процессы формирования других соединений и открывает путь для их контроля.
2. Команда учёных из нескольких мировых университетов под руководством профессора химии Пэнса Наумова разработала инновационный материал для извлечения воды из «воздуха». Новый материал, названный кристаллами Януса (Janus crystals), не требует затрат энергии и вдохновлён природными механизмами выживания пустынных растений и животных.
Принцип действия кристаллов основан на сочетании гидрофильных (притягивающих воду) и гидрофобных (отталкивающих воду) участков на их поверхности. Вода из влажного воздуха конденсируется на гидрофильных участках, затем перемещается по гидрофобным зонам и собирается в специальной ёмкости. Эта система, в отличие от энергоёмких методов, вроде опреснения, работает без внешних источников энергии, что делает процесс самоподдерживающимся и экологически безопасным.
Профессор Наумов подчеркнул, что атмосфера содержит огромное количество пресной воды, которую современные технологии пока не используют эффективно. Новые кристаллы представляют собой прорыв в создании материалов, способных решать проблему нехватки воды, особенно в засушливых регионах. Их механическая прочность, прозрачность и чувствительность открывают путь к созданию масштабируемых решений, способных обеспечить доступ к чистой воде для сообществ по всему миру.
Технология, основанная на кристаллах Януса, может быть использована в отдалённых регионах, где доступ к энергии и пресной воде ограничен. Благодаря простоте процесса и высокой эффективности такие материалы могут стать ключевым звеном в борьбе с глобальной нехваткой питьевой воды.
3. Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали новый подход к фильтрации воды, вдохновлённый механизмом питания скатов mobula — морских животных, фильтрующих планктон с высокой эффективностью.
Скаты mobula питаются, пропуская воду через рот, выстланный рифлеными пластинами. Вода проходит между пластинами, а частицы планктона задерживаются и направляются в пищеварительную систему. Исследователи MIT обнаружили, что при определённой скорости потока жидкости вокруг пластин создаются вихри, которые блокируют частицы и предотвращают их утечку через жабры.
Инженеры напечатали 3D-модели пластин, повторяющих структуру рта скатов, и создали прототип фильтра. Тестирование показало, что при увеличении скорости потока жидкости возникают вихри, которые задерживают даже мелкие частицы, улучшая селективность фильтрации.
Новая технология может быть использована для улучшения фильтров с перекрестным потоком, которые часто применяются для очистки воды. Разработанный подход позволяет находить оптимальный баланс между проницаемостью (скоростью прохождения жидкости) и селективностью (задержкой частиц).
По словам руководителя проекта Анетт Хосои, фильтры можно настраивать таким образом, чтобы диаметр пор и расстояние между ними соответствовали скорости потока, создавая вихри для задержки частиц определённого размера.
Все исследования, о которых мы сегодня говорили, в очередной раз подчёркивают, что наука способна находить решения для самых острых проблем человечества.
От изучения токсичных соединений в питьевой воде до создания энергоэффективных технологий сбора влаги из воздуха и разработки инновационных фильтров — учёные прокладывают путь к более устойчивому и безопасному будущему. Такие открытия не только расширяют наши знания, но и предлагают реальные инструменты для борьбы с существующими проблемами, помогая обеспечить счастливое будущее для многих последующих поколений.
На этом интересные и неожиданные открытия на сегодня заканчиваются, но если вы хотите узнать больше о том, какие еще открытия произошли в сфере водоочистки в последнее время - вот еще несколько статей специально для вас:
