A medida que crece la población mundial, los suministros de agua dulce son más valiosos que nunca. Si bien los científicos e ingenieros saben cómo purificar el agua, hacer que esos métodos sean sostenibles y energéticamente eficientes es otra cuestión.

Un enfoque prometedor es la destilación impulsada por energía solar, o generación de vapor solar, que puede ayudarnos a obtener agua dulce de las aguas residuales o del agua de mar. Los investigadores han utilizado este método para destilar con éxito pequeños lotes de agua purificada, pero todavía están buscando una forma de hacerlo a gran escala.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago y el Laboratorio Nacional Argonne, afiliado a UChicago, formaron parte de un equipo que desarrolló un nuevo método pionero de generación de vapor solar que podría ayudar a llevar esta tecnología al mundo real. Los materiales se pueden cultivar sobre madera, tela o esponjas de forma fácil, proceso de un solo paso, y se muestran prometedores para la fabricación a gran escala.

"Las técnicas de generación de vapor solar todavía se centran principalmente en el uso de laboratorio ahora, "dijo Zijing Xia, estudiante de posgrado en Pritzker Molecular Engineering y autor principal de la investigación. "Queremos encontrar una manera fácil de fabricar generadores de vapor solares a un costo relativamente bajo".

Los resultados de su trabajo innovador fueron publicados recientemente en la revista Materiales avanzados Interfaces.

En la búsqueda de sistemas solares de vapor, Los investigadores ya han probado varios materiales que convierten la luz en calor, como materiales de carbono, metales plasmónicos y semiconductores. Pero muchas de estas opciones tienen una eficiencia relativamente baja, entre otros desafíos, y así continúa la búsqueda de un método verdaderamente transformador.

Un generador de vapor solar de alto rendimiento combinará idealmente varias características. Debe flotar en el agua, ser capaz de absorber un amplio espectro de luz, convierta la luz en calor de manera eficiente y pueda transferir ese calor al agua. Desafortunadamente, muchos métodos previamente estudiados carecen de la estructura porosa necesaria para facilitar la transferencia de calor al agua.

"La mayoría de los métodos existentes no se pueden diseñar fácilmente para producir dispositivos generadores de vapor con control arbitrario sobre la forma y alta eficiencia fototérmica, "Dijo Xia.

Lo que distingue al método de Xia es el uso de un marco orgánico covalente de porfirina, o POF. Una clase de materiales recién descubierta, Los POF pueden crecer uniformemente en la superficie de una variedad de materiales con diferentes niveles de porosidad, y muestran un alto rendimiento para la evaporación del agua. Los POF también tienen características únicas de captación de luz beneficiosas para nuevas aplicaciones.

En el laboratorio, Los POF crecieron con éxito en las superficies internas y externas de cada material probado. Y cada plantilla mostró propiedades fototérmicas favorables, lo que indica que los materiales basados ​​en POF son candidatos prometedores para la generación de vapor solar. La membrana POF pudo capturar más del 95 por ciento de la luz en la mayor parte del espectro de la luz solar.

El resultado más prometedor de la investigación, Xia dijo:fue la capacidad de los POF para crecer en la superficie de muchos tipos diferentes de materiales, incluyendo membranas, tejidos esponjas y madera. La madera mostró un comportamiento particularmente fuerte, con investigadores midiendo aproximadamente el 80 por ciento de eficiencia de conversión de luz a vapor.

La capacidad de los POF para crecer en muchos tipos de materiales los hace fácilmente adaptables para su uso con materiales disponibles localmente. Esta versatilidad, junto con lo fácil, proceso de fabricación de un solo paso, podría hacer que el método sea práctico para la producción a gran escala.

El enfoque basado en POF demostró ser muy eficaz en un entorno de laboratorio, y el equipo de investigación planea realizar más experimentos fuera del laboratorio para observar el desempeño práctico de los POF.

Hasta aquí, La investigación sugiere que los POF podrían ayudar a impulsar los sistemas de purificación de agua sostenibles del futuro.

"El diseño de ingeniería de interfaz basado en POF es prometedor para los métodos de purificación a gran escala, y también podría usarse para desalación, tratamiento de aguas residuales y más allá, "Dijo Xia.