A água é a fonte da vida e a base para a sobrevivência de todas as coisas no mundo. Embora a cobertura hídrica exceda 70% da terra em que vivemos, os recursos de água doce são inferiores a 3%. A distribuição desta água doce é extremamente desigual. Existe em lagos, rios, subterrâneos e gelo antártico. Resta menos de 1% da água doce disponível para consumo humano.

Além disso, afectada por uma série de problemas como a poluição ambiental e o crescimento populacional, a escassez global de recursos de água doce tornar-se-á mais grave no futuro. Portanto, resolver o problema da escassez de recursos de água doce é uma prioridade máxima.

Em 13 de setembro de 2023, cientistas chineses publicaram um artigo sobre novos materiais de conversão fototérmica na revista “Nature”. Espera-se que o advento deste material traga um fluxo constante de recursos de água doce para a humanidade e garanta um abastecimento seguro e suficiente de água doce!

Fonte da imagem: revista Nature.

Preparação e princípios de novos materiais

A energia solar é uma fonte de energia renovável amplamente utilizada para aquecimento e armazenamento de energia.A tecnologia de evaporação interfacial de água movida a energia solar tem sido proposta há quase dez anos. Ou seja, a energia solar é absorvida e convertida em energia térmica, o que promove a evaporação das moléculas de água em vapor d'água. O vapor d'água é coletado e utilizado para processamento posterior. Esta tecnologia tem amplas perspectivas de aplicação no campo da dessalinização da água do mar para produzir água doce limpa. O uso da energia solar pode amenizar o consumo de energia fóssil e uma série de problemas de poluição ambiental.

O núcleo desta tecnologia é como melhorar a eficiência de conversão da energia solar térmica. O novo material de conversão fototérmica de alta eficiência desenvolvido recentemente por cientistas chineses traz esperança para o uso generalizado desta tecnologia!

Partindo da natureza da geração de calor causada pela interação entre a luz solar e a matéria, os cientistas usaram a química, a física, cálculos e outros experimentos relacionados para descobrir que existe uma estrutura de dímero Ti-Ti no subóxido de titânio (TinO2n-1). Esta estrutura limitará a faixa de distribuição do movimento de elétrons da camada 3d da estrutura eletrônica fora do núcleo do átomo de Ti, resultando na localização de elétrons no espaço real e na introdução de estados eletrônicos de banda plana próximos ao nível de Fermi, resultando em uma maior densidade de estado conjunto de transições eletrônicas.

Com base nos princípios acima, descobriu-se através de experimentos adicionais queComo substância de subóxido de titânio, o λ-Ti3O5 tem uma absorção de mais de 95% da luz solar.


Espectros de reflexão e estrutura eletrônica. Fonte da imagem: Referência [1]

Os cientistas usaram ainda materiais λ-Ti3O5 e álcool polivinílico para processar evaporadores. A fim de melhorar a eficiência da evaporação da água, o evaporador foi projetado em uma estrutura tridimensional porosa conectada.

Experimentos descobriram que sob condições de luz solar (1kWm-2), através deste dispositivo, a quantidade de água evaporada por hora pode chegar a 6,09kgm-2, que é o nível mais rápido de evaporação de água atualmente alcançado pela tecnologia de evaporação de água de interface movida a energia solar. Os cientistas utilizaram ainda este equipamento em experiências de dessalinização de água do mar, e a quantidade de água doce recolhida por dia pode chegar a 23Lm-2.

Pode-se constatar que se este equipamento for colocado no campo da dessalinização da água do mar, será possível conseguir a preparação de água doce em grande escala, o que resolverá grandemente o problema da escassez de recursos de água doce e trará novas ideias para o tratamento de purificação de esgotos e águas residuais.


Diagrama esquemático do funcionamento de um evaporador tridimensional de estrutura porosa conectada (a. Dispositivo externo de dessalinização de água do mar; b. Mudanças na energia solar, taxa de coleta de água doce e quantidade total de água doce coletada ao longo do tempo; c. Mudanças na temperatura e umidade ao longo do tempo; d. Fluxo de luz médio diário e taxa de coleta de água doce). Fonte da imagem: Referência [1]

O que podemos fazer em relação à proteção da água doce?

A descoberta de novos materiais faz com que não tenhamos mais medo de que no futuro não haja água para beber. No entanto, devemos também poupar água e aumentar a nossa consciência sobre a protecção dos recursos de água doce.

Em primeiro lugar, o governo promulgou e melhorou sucessivamente leis e regulamentos relacionados com a protecção dos recursos de água doce, restringindo-os através de leis e lembrando a todos a importância de proteger a água doce.Aumentar a publicidade das políticas relacionadas com a protecção da água doce e sensibilizar todos para a conservação da água. Ao mesmo tempo, optimizar a utilização de água doce na agricultura e na indústria e melhorar a taxa de utilização de água doce.

Na vida, cada um de nós deve estar atento à poupança de água e, ao mesmo tempo,Tenha cuidado para não descartar resíduos, produtos químicos, medicamentos, etc. nos esgotos, o que pode facilmente causar poluição da água doce.

Vamos trabalhar juntos para proteger os recursos de água doce, usar a água de forma racional e não deixar que a última gota de água na terra se transforme em nossas lágrimas!

Referências

[1] Yang, B., Zhang, Z., Liu, P. et al. Flatbandλ-Ti3O5 para geração extraordinária de equipes solares. Natureza (2023).

[2] Li Xueqin. Novo coletor solar e sua aplicação na dessalinização de água do mar [J]. Máquinas Gerais, 2012. DOI: CNKI: SUN: TYJS.0.2012-03-037.

[3] Xie Lixin, Li Pingli, Wang Shichang. Situação atual da tecnologia de dessalinização de água do mar e revisão de vários métodos de dessalinização [J]. Progresso na Indústria Química, 2003, 22(10): 4. DOI: 10.3321/j.issn: 1000-6613.2003.10.011.

[4] Lu Zhu. Perspectivas de conservação de água e tecnologia de regeneração e reutilização de recursos hídricos [J]. Tecnologia de Purificação de Água, 2002(S1):5.DOI:CNKI:SUN:ZSJS.0.2002-S1-013.