อธิบายเกี่ยวกับทะเลทราย

เนื่องจากวัสดุดูดซับไอน้ำ จึงสามารถพองตัวเพื่อให้มีความชื้นมากขึ้น แม้ในสภาวะที่แห้งมากซึ่งมีความชื้นสัมพัทธ์ 30 เปอร์เซ็นต์ วัสดุก็สามารถดึงไอระเหยจากอากาศและกักเก็บความชื้นไว้ได้โดยไม่รั่วไหล จากนั้นน้ำจะถูกทำให้ร้อนและควบแน่น จากนั้นจึงรวบรวมเป็นน้ำบริสุทธิ์พิเศษ วัสดุโปร่งใสคล้ายยางทำมาจากไฮโดรเจล ซึ่งเป็นวัสดุดูดซับตามธรรมชาติที่ใช้ในผ้าอ้อมสำเร็จรูป ทีมงานได้ปรับปรุงการดูดซับของไฮโดรเจลด้วยการผสมลิเธียมคลอไรด์ ซึ่งเป็นเกลือชนิดหนึ่งที่ทราบกันดีว่าเป็นสารดูดความชื้นที่ทรงพลัง นักวิจัยพบว่าพวกเขาสามารถใส่ไฮโดรเจลด้วยเกลือมากกว่าที่เป็นไปได้ในการศึกษาก่อนหน้านี้ ผลที่ได้คือ พวกเขาสังเกตเห็นว่าเจลที่เติมเกลือจะดูดซับและกักเก็บความชื้นในปริมาณที่ไม่เคยมีมาก่อน ตลอดช่วงระดับความชื้น รวมถึงสภาวะที่แห้งมากซึ่งจำกัดการออกแบบวัสดุอื่นๆ หากสามารถผลิตได้อย่างรวดเร็วและในปริมาณมาก เจลดูดซับยิ่งยวดสามารถใช้เป็นเครื่องเก็บเกี่ยวน้ำแบบพาสซีฟ โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน ทะเลทราย และบริเวณที่แห้งแล้ง ซึ่งวัสดุสามารถดูดซับไอระเหยได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งสามารถควบแน่นเป็นน้ำดื่มได้ . นักวิจัยยังมองเห็นว่าวัสดุนี้สามารถติดตั้งเข้ากับเครื่องปรับอากาศได้เนื่องจากเป็นองค์ประกอบที่ช่วยประหยัดพลังงานและลดความชื้น Carlos Díaz-Marin นักศึกษาปริญญาโทสาขาวิศวกรรมเครื่องกลและสมาชิกของ Device Research Lab ที่ MIT กล่าวว่า "เราไม่เชื่อเรื่องการประยุกต์ใช้งาน ในแง่ที่ว่าเราให้ความสำคัญกับคุณสมบัติพื้นฐานของวัสดุเป็นส่วนใหญ่" "แต่ตอนนี้เรากำลังสำรวจปัญหาที่แตกต่างกันอย่างมาก เช่น วิธีทำให้เครื่องปรับอากาศมีประสิทธิภาพมากขึ้น และวิธีที่คุณสามารถเก็บเกี่ยวน้ำได้ วัสดุนี้มีศักยภาพมาก เนื่องจากต้นทุนต่ำและประสิทธิภาพสูง" Díaz-Marin และเพื่อนร่วมงานของเขาได้เผยแพร่ผลงานของพวกเขาในบทความที่ปรากฏในAdvanced Materials ในวัน นี้ ผู้เขียนร่วมของ MIT คือ Gustav Graeber, Leon Gaugler, Yang Zhong, Bachir El Fil, Xinyue Liu และ Evelyn Wang "ดีที่สุดของทั้งสองโลก" ในห้องปฏิบัติการวิจัยอุปกรณ์ของ MIT นักวิจัยกำลังออกแบบวัสดุใหม่เพื่อแก้ปัญหาความท้าทายด้านพลังงานและน้ำของโลก ในการมองหาวัสดุที่สามารถช่วยในการเก็บเกี่ยวน้ำจากอากาศ ทีมงานมุ่งเน้นไปที่ไฮโดรเจล ซึ่งเป็นเจลที่ลื่นและยืดได้ ซึ่งส่วนใหญ่ทำจากน้ำและพอลิเมอร์เชื่อมขวางเล็กน้อย ไฮโดรเจลถูกใช้เป็นวัสดุดูดซับในผ้าอ้อมเด็กมาเป็นเวลาหลายปี เนื่องจากสามารถพองตัวและอุ้มน้ำได้ในปริมาณมากเมื่อสัมผัสกับวัสดุ "คำถามของเราคือ เราจะทำให้สิ่งนี้ทำงานได้ดีพอๆ กับดูดซับไอระเหยจากอากาศได้อย่างไร" Díaz-Marin กล่าวว่า เขาและเพื่อนร่วมงานขุดค้นวรรณกรรมและพบว่ามีคนอื่นๆ ทดลองผสมไฮโดรเจลกับเกลือต่างๆ เกลือบางชนิด เช่น เกลือสินเธาว์ที่ใช้ในการละลายน้ำแข็ง มีประสิทธิภาพมากในการดูดซับความชื้น รวมทั้งไอน้ำ และสิ่งที่ดีที่สุดในหมู่พวกเขาคือลิเธียมคลอไรด์ซึ่งเป็นเกลือที่สามารถดูดซับความชื้นได้มากกว่า 10 เท่าของมวลตัวเอง ลิเธียมคลอไรด์ที่ทิ้งไว้ในกองเดี่ยวๆ สามารถดึงดูดไอระเหยจากอากาศได้ แม้ว่าความชื้นจะรวมตัวกันอยู่รอบๆ เกลือเท่านั้น โดยไม่สามารถกักเก็บน้ำที่ดูดซับไว้ได้ ดังนั้น นักวิจัยจึงพยายามใส่เกลือลงในไฮโดรเจล เพื่อผลิตวัสดุที่สามารถกักเก็บความชื้นและพองตัวเพื่อรองรับน้ำได้มากขึ้น Graeber ซึ่งปัจจุบันเป็นผู้ตรวจสอบหลักที่ Humboldt University ในกรุงเบอร์ลินกล่าวว่า "มันเป็นสิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองโลก "ไฮโดรเจลสามารถเก็บกักน้ำไว้ได้มาก และเกลือสามารถจับไอระเหยได้มาก ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายที่คุณต้องการนำทั้งสองอย่างมารวมกัน" เวลาในการโหลด แต่ทีมงานของ MIT พบว่าคนอื่นๆ ถึงขีดจำกัดของปริมาณเกลือที่พวกเขาสามารถบรรจุลงในเจลได้ ตัวอย่างที่มีประสิทธิภาพดีที่สุดจนถึงปัจจุบันคือไฮโดรเจลที่เติมเกลือ 4 ถึง 6 กรัมต่อโพลิเมอร์ 1 กรัม ตัวอย่างเหล่านี้ดูดซับไอได้ประมาณ 1.5 กรัมต่อวัสดุหนึ่งกรัมในสภาพแห้งที่มีความชื้นสัมพัทธ์ 30 เปอร์เซ็นต์ ในการศึกษาส่วนใหญ่ ก่อนหน้านี้ นักวิจัยได้สังเคราะห์ตัวอย่างโดยการแช่ไฮโดรเจลในน้ำเค็มและรอให้เกลือซึมเข้าไปในเจล การทดลองส่วนใหญ่สิ้นสุดลงหลังจากผ่านไป 24 ถึง 48 ชั่วโมง เนื่องจากนักวิจัยพบว่ากระบวนการนี้ช้าเกินไป และเกลือไม่มากนักที่จะจบลงในเจล เมื่อพวกเขาทดสอบความสามารถของวัสดุที่เป็นผลลัพธ์ในการดูดซับไอน้ำ ตัวอย่างจะซึมออกมาน้อยมาก เนื่องจากมีเกลือเล็กน้อยเพื่อดูดซับความชื้นในตอนแรก จะเกิดอะไรขึ้นหากปล่อยให้การสังเคราะห์วัสดุดำเนินต่อไป เช่น เป็นวันหรือเป็นสัปดาห์ ไฮโดรเจลสามารถดูดซับเกลือได้มากขึ้นหรือไม่หากให้เวลาเพียงพอ เพื่อหาคำตอบ ทีมงานของ MIT ได้ทำการทดลองกับโพลีอะคริลาไมด์ (ไฮโดรเจลทั่วไป) และลิเธียมคลอไรด์ (เกลือที่ดูดซับได้ดีเยี่ยม) หลังจากสังเคราะห์หลอดไฮโดรเจลด้วยวิธีการผสมมาตรฐาน นักวิจัยได้หั่นหลอดออกเป็นแผ่นบาง ๆ และทิ้งแต่ละแผ่นลงในสารละลายของลิเธียมคลอไรด์ที่มีความเข้มข้นของเกลือต่างกัน พวกเขานำดิสก์ออกจากสารละลายในแต่ละวันเพื่อชั่งน้ำหนักและกำหนดปริมาณเกลือที่ผสมเข้าไปในเจล จากนั้นส่งคืนไปยังสารละลาย ในท้ายที่สุด พวกเขาพบว่า ยิ่งให้เวลามากขึ้น ไฮโดรเจลจะกินเกลือมากขึ้น หลังจากแช่ในสารละลายที่มีรสเค็มเป็นเวลา 30 วัน ไฮโดรเจลจะรวมกันได้มากถึง 24 เมื่อเทียบกับบันทึกก่อนหน้าที่มีเกลือ 6 กรัมต่อกรัมของโพลิเมอร์ จากนั้น ทีมงานได้ใส่ตัวอย่างต่างๆ ของเจลที่ใส่เกลือผ่านการทดสอบการดูดซับในสภาวะความชื้นต่างๆ พวกเขาพบว่าตัวอย่างสามารถพองตัวและดูดซับความชื้นได้มากขึ้นในทุกระดับความชื้นโดยไม่รั่วไหล ทีมงานรายงานว่าในสภาพแห้งมากที่มีความชื้นสัมพัทธ์ 30 เปอร์เซ็นต์ เจลจับน้ำได้ "ทำลายสถิติ" 1.79 กรัมต่อวัสดุหนึ่งกรัม Díaz-Marin กล่าวว่า "ทะเลทรายใดๆ ในตอนกลางคืนจะมีความชื้นสัมพัทธ์ต่ำ ดังนั้นเป็นไปได้ว่าวัสดุนี้สามารถสร้างน้ำในทะเลทรายได้ Graeber กล่าวว่า "เรื่องใหญ่ที่น่าประหลาดใจอย่างคาดไม่ถึงก็คือ ด้วยวิธีการง่ายๆ "ตอนนี้ จุดสนใจหลักคือจลนพลศาสตร์และความเร็วที่เราจะทำให้วัสดุดูดซับน้ำได้ ซึ่งจะทำให้คุณสามารถหมุนเวียนวัสดุนี้ได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้นแทนที่จะเก็บน้ำวันละครั้ง คุณสามารถเก็บเกี่ยวน้ำได้ 24 ครั้งต่อวัน วัน." งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนบางส่วนโดยสำนักงานพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและพลังงานทดแทนแห่งสหรัฐอเมริกา และมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติสวิส