Material nanopartikel baru dikembangkan untuk desalinasi air yang efisien

Alexander Kuchmizhak, peneliti senior di Institute for Automation and Process Control (FEB RAS), di laboratorium FEFU. Kredit: kantor pers FEFU

Nanopartikel titanium dioksida berhias emas menyerap sekitar 96% spektrum matahari dan mengubahnya menjadi panas. Bahan tersebut dapat mempercepat penguapan di pabrik desalinasi hingga 2,5 kali lipat dan dapat melacak molekul dan senyawa berbahaya. Tim peneliti internasional dengan perwakilan dari Universitas Federal Timur Jauh (FEFU), Universitas ITMO, dan Cabang Timur Jauh dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, menerbitkan artikel terkait dengan Bahan dan antarmuka diterapkan oleh ACS.

Akses ke air minum yang aman termasuk dalam 17 tujuan pembangunan berkelanjutan Perserikatan Bangsa-Bangsa. Sementara itu, Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) dan Dana Anak-anak (UNICEF) membahas masalah tersebut dalam laporan tahun 2019 dan mencatat bahwa 2,2 miliar orang tidak memiliki akses ke air minum yang aman.

Salah satu cara untuk menyediakan air minum bersih adalah dengan desalinasi air laut dengan penguapan dan pemekatan uap berikutnya. Untuk mencapai produksi yang lebih besar, diperlukan material baru untuk mempercepat penguapan. Dalam lima tahun terakhir, ini telah menjadi bidang penelitian yang berkembang pesat di seluruh dunia.

Bahan-bahan inovatif ini dirancang oleh para ilmuwan dari FEFU, FEB RAS dan ITMO University sebagai tim dengan kolega dari Spanyol, Jepang, Bulgaria dan Belarusia. Para peneliti mengklaim bahwa itu dapat digunakan sebagai nanoheater untuk penguapan air dan sebagai detektor optik dalam sistem sensor yang melacak jejak kaki terkecil dari berbagai zat dalam cairan. Properti selanjutnya mungkin relevan untuk sistem biomedis cairan mikro, lab-on-chip, dan pengendalian lingkungan kontaminan, antibiotik, atau virus dalam air.

“Setelah iradiasi laser, kristal titanium dioksida awalnya menjadi amorf sepenuhnya memperoleh sifat penyerapan cahaya broadband yang kuat. Dekorasi dan doping material oleh nanoclusters emas juga memfasilitasi penyerapan cahaya tampak. Awalnya, kami bermaksud menggunakan fungsi ini dalam konteks energi matahari, tetapi kami segera menyadari bahwa, berkat struktur amorf baru, nanopartikel di lapisan aktif sel surya akan mengubah energi matahari, diserap dalam panas, bukan listrik. Tetapi muncul ide untuk menggunakannya sebagai sejenis pemanas nano dalam tangki desalinasi, yang berhasil dilakukan dalam kondisi laboratorium “, kata salah satu penulis artikel Alexander Kuchmizhak, peneliti senior di Institut Proses Otomasi dan Kontrol RAS dari FEB.

Bahan tersebut diperoleh dengan menggunakan teknologi ablasi laser dalam cairan yang sederhana dan ramah lingkungan.

“Kami menambahkan nanopole titanium dioksida ke cairan yang mengandung ion emas dan menyinari campuran dengan pulsa laser dari spektrum yang terlihat. Metode ini tidak memerlukan peralatan mahal, bahan kimia berbahaya, dan dapat dengan mudah dioptimalkan untuk mensintesis nanomaterial unik. Dengan kecepatan satu gram. per jam, ”kata peserta penelitian Stanislav Gurbatov, peneliti junior di Institut Politeknik FEFU (Sekolah).

Perlu dicatat bahwa nanopartikel awal titanium dioksida tidak menyerap radiasi laser yang terlihat. Namun, mereka mengkatalisasi pembentukan gugus emas berukuran nano di permukaannya dengan menstimulasi fusi baru titanium dioksida. Beberapa nanopartikel hibrida berfusi untuk membentuk nanomorfologi unik, di mana nanokluster emas ditemukan di dalam dan di permukaan titanium dioksida.

Nanopowder titanium dioksida amorf, dihiasi dengan burung, tampak benar-benar hitam di mata manusia, karena menyerap secara efisien dalam seluruh spektrum cahaya tampak sebagai lubang hitam di luar angkasa ia melakukannya dan mengubahnya menjadi panas. Sebaliknya, bubuk titanium dioksida komersial yang digunakan sebagai bahan awal tampak putih.

Pengembangan bahan baru, termasuk yang mendukung prinsip fisik baru yang dapat dikelola untuk berbagai aplikasi, terdiri dari bidang prioritas FEFU di mana para ilmuwan bekerja sama dengan Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia., Kolega dalam dan luar negeri.

Referensi: “Hitam dihiasi dengan TiO2 Diproduksi melalui ablasi laser cair ”oleh Stanislav O. Gurbatov, Evgeny Modin, Vladislav Puzikov, Pavel Tonkaev, Dmitriy Storozhenko, Aleksandr Sergeev, Neli Mintcheva, Shigeru Yamaguchi, Natalie N. Tarasenka, Andrey Chuvilin, Sergey Makarov, A. Kich A. Kuchmizhak , 27 Januari 2021, Bahan dan antarmuka yang diterapkan ASC.
DOI: 10.1021 / acsami.0c20463

Yayasan Sains Rusia (hibah no. 19-79-00214) mendukung penelitian ini.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.