От «Разработка открыла путь к созданию экологичных установок для обеспечения пресной водой жарких регионов с повышенной влажностью, например, Крыма, Краснодарского края и Астраханской области. Технология прошла полевые испытания и готова к промышленным», – подчеркнул один из авторов проекта, научный сотрудник кафедры физической и коллоидной химии Губкинского университета Дмитрий Репин.
Основой созданного материала для сбора влаги из воздуха стала микрофибриллированная целлюлоза, состоящая из мельчайших волокон древесной массы. Они формируют прочный пористый каркас с огромной площадью поверхности.
Чтобы усилить механическую прочность материала, на целлюлозные волокна нанесли тонкий слой пластика – полистирола. Получилась лёгкая и пористая матрица, включающая поры разного размера и способная поглощать влагу и выдерживать нагрузку более 30 килограммов. Благодаря иерархической системе пор материал поглощает влагу намного быстрее неармированных аналогов. Дополнительно материал пропитали ионной жидкостью (BMIMCI). В результате композит начал поглощать воду в гораздо большем объёме и без утечек, характерных для традиционных пропиток гигроскопичными солями.
«Проблема «выпотевания» жидкости была устранена путём инновационного, но простого решения, благодаря которому в пористой матрице были закреплены гигроскопичные соли CaCl2 или LiCl», – добавил Дмитрий Репин.
По подсчётам учёных, а также в ходе первых полевых испытаний установка производит до 2,5 литров воды на квадратный метр композитного материала за час. «Ночью, когда влажность повышается, композит впитывает воду, днём – нагревается под воздействием солнечного света и всего за шесть часов полностью отдаёт накопленную влагу. Для этого хватит температуры 60 градусов – она быстро достигается под прямыми солнечными лучами, сфокусированными линзой на светопоглощающий слой. Полученный пар легко конденсировать в чистую питьевую воду. Циклы можно повторять многократно: материал при этом не теряет ни формы, ни эффективности», – рассказал Дмитрий Репин.
Инновационную технологию получения влаги учёные реализовали в установке, которая может использоваться в сельском хозяйстве или для создания автономных систем водоснабжения. Комплекс не требует электроэнергии или топлива и работает за счёт солнечного излучения и естественных суточных колебаний влажности – установка не даёт выбросов углекислого газа.
Ключевое преимущество технологии — экологичность и коммерческая доступность. Композит основан на возобновляемом вторсырьё – целлюлозе, которое можно получать прямо с деревообрабатывающих предприятий.
Композиты – это многокомпонентные материалы, состоящие из двух или более компонентов с различными физическими и химическими свойствами. В сочетании они создают новый материал с характеристиками, отличными от свойств отдельных компонентов. Учёные «программируют» нужные характеристики в зависимости от цели разработки. Например, композиты могут превосходить по прочности или коррозионной стойкости все известные традиционные металлы.
Композиционные материалы используются в энергетике, авиации, космической промышленности и других областях.