El agua es la fuente de vida y la base para la supervivencia de todas las cosas en el mundo. Aunque la cobertura de agua supera el 70% de la tierra en la que vivimos, los recursos de agua dulce son menos del 3%. La distribución de esta agua dulce es extremadamente desigual. Existe en lagos, ríos, subsuelo y hielo antártico. Queda menos del 1% del agua dulce disponible para el consumo humano.

Además, afectado por una serie de problemas como la contaminación ambiental y el crecimiento demográfico, la escasez global de recursos de agua dulce se agudizará en el futuro. Por lo tanto, resolver el problema de la escasez de recursos de agua dulce es una prioridad absoluta.

El 13 de septiembre de 2023, científicos chinos publicaron un artículo sobre nuevos materiales de conversión fototérmica en la revista "Nature". Se espera que la llegada de este material aporte un flujo constante de recursos de agua dulce a la humanidad y garantice un suministro seguro y suficiente de agua dulce.

Fuente de la imagen: revista Nature.

Preparación y principios de nuevos materiales.

La energía solar es una fuente de energía renovable que se utiliza ampliamente para calefacción y almacenamiento de energía.La tecnología de evaporación de agua interfacial impulsada por energía solar se ha propuesto durante casi diez años. Es decir, la energía solar se absorbe y se convierte en energía térmica, lo que favorece la evaporación de las moléculas de agua en vapor de agua. El vapor de agua se recoge y se utiliza para su posterior procesamiento. Esta tecnología tiene amplias perspectivas de aplicación en el campo de la desalinización de agua de mar para producir agua dulce limpia. El uso de energía solar puede aliviar el consumo de energía fósil y una serie de problemas de contaminación ambiental.

El núcleo de esta tecnología es cómo mejorar la eficiencia de conversión de la energía solar térmica. ¡El nuevo material de conversión fototérmica de alta eficiencia desarrollado recientemente por científicos chinos trae esperanzas para el uso generalizado de esta tecnología!

Partiendo de la naturaleza de la generación de calor causada por la interacción entre la luz solar y la materia, los científicos utilizaron la química, la física, los cálculos y otros experimentos relacionados para descubrir que existe una estructura de dímero de Ti-Ti en el subóxido de titanio (TinO2n-1). Esta estructura limitará el rango de distribución del movimiento de electrones de la capa 3D de la estructura electrónica fuera del núcleo del átomo de Ti, lo que dará como resultado la localización de los electrones en el espacio real y la introducción de estados electrónicos de banda plana cerca del nivel de Fermi, lo que dará como resultado una mayor densidad de estados conjuntos de transiciones electrónicas.

Con base en los principios anteriores, se descubrió a través de experimentos adicionales queComo sustancia de subóxido de titanio, λ-Ti3O5 tiene una absorbancia de más del 95% de la luz solar.


Espectros de reflexión y estructura electrónica. Fuente de la imagen: Referencia [1]

Los científicos utilizaron además materiales de λ-Ti3O5 y alcohol polivinílico para procesar los evaporadores. Para mejorar la eficiencia de la evaporación del agua, el evaporador se diseñó en una estructura conectada porosa tridimensional.

Los experimentos han descubierto que, en condiciones de luz solar (1 kWm-2), a través de este dispositivo, la cantidad de agua evaporada por hora puede llegar a 6,09 kgm-2, que es el nivel más rápido de evaporación de agua alcanzado actualmente por la tecnología de evaporación de agua de interfaz solar. Los científicos utilizaron además este equipo en experimentos de desalinización de agua de mar, y la cantidad de agua dulce recolectada por día puede alcanzar los 23 Lm-2.

Se puede ver que si este equipo se coloca en el campo de la desalinización de agua de mar, se puede lograr la preparación de agua dulce a gran escala, lo que resolverá en gran medida el problema de la escasez de recursos de agua dulce y aportará nuevas ideas para el tratamiento de purificación de aguas residuales y residuales.


Diagrama esquemático del funcionamiento de un evaporador de estructura porosa conectada tridimensional (a. Dispositivo de desalinización de agua de mar al aire libre; b. Cambios en la energía solar, la tasa de recolección de agua dulce y la cantidad total de agua dulce recolectada a lo largo del tiempo; c. Cambios en la temperatura y la humedad a lo largo del tiempo; d. Flujo de luz promedio diario y tasa de recolección de agua dulce). Fuente de la imagen: Referencia [1]

¿Qué podemos hacer respecto de la protección del agua dulce?

El descubrimiento de nuevos materiales hace que ya no temamos que en el futuro no haya agua para beber. Sin embargo, también debemos ahorrar agua y aumentar nuestra conciencia sobre la protección de los recursos de agua dulce.

En primer lugar, el gobierno ha promulgado y mejorado sucesivamente leyes y reglamentos relacionados con la protección de los recursos de agua dulce, restringiéndolos mediante leyes y recordando a todos la importancia de proteger el agua dulce.Incrementar la publicidad de las políticas relacionadas con la protección del agua dulce y sensibilizar a todos sobre la conservación del agua. Al mismo tiempo, optimizar el uso de agua dulce en la agricultura y la industria y mejorar la tasa de utilización del agua dulce.

En la vida, cada uno de nosotros debe prestar atención al ahorro de agua y, al mismo tiempo,Tenga cuidado de no tirar desechos, productos químicos, medicamentos, etc. a las alcantarillas, ya que fácilmente pueden contaminar el agua dulce.

¡Trabajemos juntos para proteger los recursos de agua dulce, usemos el agua de manera racional y no permitamos que la última gota de agua en la tierra se convierta en nuestras lágrimas!

Referencias

[1] Yang, B., Zhang, Z., Liu, P. et al. Flatbandλ-Ti3O5 hacia una extraordinaria generación de equipos solares. Naturaleza (2023).

[2] Li Xueqin. Nuevo colector solar y su aplicación en la desalinización de agua de mar [J]. Maquinaria General, 2012. DOI: CNKI: DOM: TYJS.0.2012-03-037.

[3] Xie Lixin, Li Pingli, Wang Shichang. Estado actual de la tecnología de desalinización de agua de mar y revisión de varios métodos de desalinización [J]. Progreso en la industria química, 2003, 22(10): 4. DOI: 10.3321/j.issn: 1000-6613.2003.10.011.

[4] Lu Zhu. Perspectivas de la conservación del agua y la tecnología de regeneración y reutilización de los recursos hídricos [J]. Tecnología de purificación de agua, 2002(S1):5.DOI:CNKI:SUN:ZSJS.0.2002-S1-013.