Фото: iStock/Lisay

Разработан прибор-очиститель, который из воды и энергии Солнца создает мощный антисептик 635

29 июня 2018

В стенах университета Стэнфорда группа ученых под руководством Сяолинь Чжэн разработала и протестировала легкий очиститель на солнечной энергии, который в процессе работы получает перекись водорода для очистки воды, сообщает официальный сайт учебного заведения.

Во время пустынного перехода томимые жаждой путешественники часто сталкиваются с проблемой очистки пресной воды. Когда они находят в пустыне высыхающую лужицу, оставленную недавними дождями, перед ними стоит непростой выбор: утолить жажду из единственного питьевого источника на их пути, кишащего бактериями, и в результате заболеть, или отказаться от этой затеи и получить обезвоживание организма.

Если верить группе исследователей из Стэнфорда, возглавляемой физиком Сяолинь Чжэн, то для таких путешественников проблема получения чистой воды в скором времени может быть решена. Ученые изобрели новое легкое устройство, которое использует солнечный свет и воду для производства перекиси водорода, или H2O2 — мощного и весьма распространенного в мире антисептика.

“Наш экспериментальный очиститель создавался по принципу работы известных аналогичных приборов, которые используют солнечную энергию для расщепления воды на водород и кислород”, — говорит Сяолинь Чжэн, — “При помощи нехитрых манипуляций нам удалось добиться того, что наш очиститель уменьшает растворимость кислорода, благодаря чему начинается окисление воды, необходимое для получения антисептика”.

По словам ученого, перекись водорода дезинфицирует воду на уровне нескольких десятков частей на миллион. Это примерно две столовые ложки на 95 литров воды. В испытаниях с использованием жидкости из водопроводной системы Стэнфорда солнечный очиститель английских ученых за пять часов смог достичь отметки более 400 частей на миллион.

“Мы уверены, что в скором времени для путешественников наша установка станет незаменимой вещью. С помощью нее из небольшого количества жидкости они смогут получить перекись водорода, добавить ее к оставшейся грязной воде и получить чистую обеззараженную питьевую воду”, — делится планами на будущее Сяолинь Чжэн.

Как работает устройство команды Сяолинь Чжэн

Прототип устройства включал в себя два электрода: анод и катод, которые были погружены в воду. Анод был изготовлен из ванадата висмута (BiVO4), полупроводника, устойчивого к действию кислорода и воды, а катод из углерода. При воздействии солнечного света полупроводник ванадата висмута посылал отрицательно заряженные электроны к катоду, в то время как носители положительного заряда двигались к аноду.

В результате поток электронов превратил кислород в перекись водорода. Точно такого же эффекта добились и носители положительного заряда, преобразовав воду в бесцветную жидкость. Таким образом на обоих электродах появилась дезинфицирующее средство.

Принцип действия устройства английских ученых, по сути, был основан на методе фотоэлектрохимической системы (PEC), известном еще с 1970-х годов. Этот метод предполагает сбор солнечной энергии и последующее ее преобразование в электричество, либо в химическую энергию, которая, в свою очередь, используется для расщепления воды и получения водорода и кислорода.

В прошлом эксперименты с PEC показали, что благодаря такой системы теоретически можно получить перекись водорода, но ни один из экспериментов успеха не имел, в отличие от опытов с новым устройством английских исследователей.

“Наша система не требует электричества и работает только за счет солнечного света, воды и кислорода. Вода — это «топливо» для нашей установки”, — говорит Сяолинь Чжэн.

Любопытно, что после всех химических реакций, необходимых для получения бесцветной дезинфицирующей жидкости, в солнечном очистителе остается небольшое количество энергии. Исследователи говорят, что она может быть использована для питания светодиодной лампы на установке, которая будет служить в качестве индикатора и сообщать об исправности и готовности системы.

“Мигающий индикатор будет говорить человеку, что система работает правильно, и он сможет пить воду не боясь, что что-то пойдет не так”, — объясняет Сяолинь Чжэн.

Что впереди

В настоящее время команда исследователей работает над тем, чтобы заменить некоторые материалы прибора и сделать тем самым смесь H2O и H2O2 безопасной для питья.

Самая главная проблема для исследователей — найти замену для ванадата висмута (из которого был изготовлен анод), так как этот материал является сам по себе токсичным. BiVO4 был выбран специалистами в качестве анода для экспериментальной установки ученых из-за его эффективности и хорошей способности генерировать перекись водорода.

“Нашу разработку можно будет использовать не только в каких-то индивидуальных целях, но и для масштабной очистки в тех регионах, где ощущается нехватка с питьевой водой. При помощи нашего очистителя можно также обеспечить стабильную циркуляцию воды в бассейнах, не допускать цветения водоемов, очищать стоки”, — заключает Сяолинь Чжэн.

Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter

Источник: engineering.stanford.edu

Всего комментариев: 0

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваш email не будет опубликован.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: