Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) в США синтезировали сверхабсорбирующий материал, способный поглощать рекордное количество влаги из воздуха, и работать даже в условиях пустыни. Об этом сообщает сайт SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Специалисты из Лаборатории исследования устройств (DRL) в MIT выявили способ наполнить гидрогель большим количеством соли, чем это было возможно в предыдущих разработках. В результате они заметили, что максимально насыщенный солью гель поглощает и удерживает беспрецедентное количество влаги при различных уровнях влажности, включая даже экстремально сухие климатические условия, которые ограничивают использование других материалов.
«Гидрогель может удерживать много воды, а соль может улавливать много пара. Поэтому вполне естественно объединить два этих компонента», – отметил Густав Гребер, один из соавторов исследования MIT, который сейчас является главным исследователем в Университете Гумбольдта в Берлине.
Новый сверхабсорбирующий гель можно будет использовать в качестве пассивного водосборника, особенно в пустынях и подверженных засухе регионах, где материал может непрерывно поглощать пары, которые затем можно конденсировать в питьевую воду. . Исследователи также предполагают, что этот материал можно использовать и в кондиционерах – в качестве энергосберегающего и осушающего элемента.
«В рамках исследования мы в основном сосредотачивались на фундаментальных свойствах нового гидрогеля. Тем не менее, этот материал из-за его низкой стоимости и высокой производительности имеет большой потенциал», – указывает Карлос Диас-Марин, аспирант DRL и еще один из соавторов разработки.
В течение многих лет гидрогели использовались в качестве абсорбирующего материала в подгузниках, потому что они могут набухать и впитывать большое количество воды при контакте с материалом. «Наш вопрос заключался в том, как мы можем заставить это работать так же хорошо, чтобы поглощать водяные пары из воздуха?» – рассказал Диас-Марин.
Он и его коллеги отметили, что многие исследователи экспериментировали со смешиванием гидрогелей с различными солями. Некоторые соли, такие как каменная соль, используемая для плавления льда, очень эффективно поглощают влагу, включая водяной пар. А лучшим материалом является хлорид лития – соль, которая способна поглощать влагу, превышающую ее собственную массу в 10 раз.
Также выявилось, что прежние исследования, по сути, достигли предела количества соли, которую они могли загрузить в свои гели. Наиболее эффективными образцами на сегодняшний день были гидрогели, содержащие от 4 до 6 граммов соли на грамм полимера. Эти образцы поглощали около 1,5 грамма пара на грамм материала в сухих условиях при 30-процентной относительной влажности.
В то же врем, в большинстве предыдущих исследований ученые синтезировали образцы, замачивая гидрогели в соленой воде и ожидая, пока соль впитается в гели. Большинство экспериментов заканчивались через 24-48 часов, а далее исследователи обнаруживали, что процесс был слишком медленным, и в гели впитывалось не очень много соли.
Может ли гидрогель поглотить больше соли, если дать ему достаточно времени? Для ответа исследователи MIT провели эксперименты с полиакриламидом (обычный гидрогель) и хлоридом лития (суперабсорбирующая соль).
После синтеза трубок гидрогеля с помощью стандартных методов смешивания исследователи нарезали трубки на тонкие диски и опускали каждый диск в раствор хлорида лития с различной концентрацией соли. Они каждый день вынимали диски из раствора, взвешивали их и определяли количество соли, проникшей в гели, а затем возвращали их в свои растворы.
В конечном итоге они обнаружили, что гидрогели действительно поглощают больше соли по прошествии большего времени. После замачивания в солевом растворе в течение 30 дней гидрогели впитали до 24 граммов соли на грамм полимера – прорыв по сравнению с предыдущим рекордом 6 граммов.
Затем специалисты MIT провели тесты на абсорбцию различных образцов гелей, содержащих соль, в различных условиях влажности. Они обнаружили, что образцы могут набухать и поглощать больше влаги при всех уровнях влажности, не протекая. В частности, в очень сухих условиях с относительной влажностью 30% новые гели улавливали «рекордные» 1,79 грамма воды на грамм материала.
«В любой пустыне ночью будет такая же низкая относительная влажность, поэтому вполне вероятно, что этот материал может генерировать воду в пустыне», — говорит Диас-Марин, который сейчас ищет способы ускорить процесс синтеза материала с суперабсорбирующими свойствами.