Modern malzemelerdeki en çok yönlü malzemelerden biri olarak, olağanüstü mekanik güç, istisnai termal ve elektrik iletkenliği, ve eşsiz yüzey alanı, insanlığın en acil sorunlarını ele almak için bir asırlıklı sistem olarak ortaya çıktı: su geçirmez olmayan bölgelerde yaşayan insanlar, verimli, sürdürülebilir su hasat teknolojileri için ihtiyaçlar, olağanüstü enerji tasarrufu sağlayan teknolojiler, olağanüstü su tasarrufu sağlayan teknolojiler için daha acil bir şekilde incelenmeli yöntemler ve su tasarrufu sağlayan sistemlere karşı en uygun şekilde araştırmaktadır.

Neden Graphene Su Teknolojileri için Promising

Yaklaşık 2, 630 m2/g, hem asitli hem de alkalik ortamlardaki mükemmel kimyasal stabiliteyi sağlar; bu da, aşırı biyolojik kimyasal maddelerin üretimini önemli ölçüde azaltabilecek şekilde, yüksek basınçlara dayanmaksızın yüksek basınçlara dayanabilecektir.

Belki de su hasat için en önemli olan grafikene'nin en değerli yüzey kimyası. silebilirlik, fonksiyonelleştirme veya diğer nanomalzemelerle hibritleşme sayesinde araştırmacılar, siyonları, pore büyüklüğü ve elektrik özelliklerini engellemeye yardımcı olabilirler. Örneğin, grafikene oksit (GO) - su içeren bir türev - bu özellikleri bir sonraki nano-kanserkanıt yüzeyleri tekrarlayarak, etkili bir şekilde kullanan nano-parçacıklı bir yapı için yeniden monte edilebilir bir şekilde, yüzeysel olmayan bir yapı için, yüzeysel olmayan bir şekilde, yüzeysel olmayan bir şekilde, yüzeysel olmayan bir elektriksel yüzeyleri geri yüklemeye geri yüklemeye izin verebilirler.

Graphene-Based Filtration Membrans

Su teknolojisindeki en olgun grafiklerden biri, gelişmiş filtrasyon membranlarının gelişimidir. Geleneksel ters osmosis ve nanotfil membranlar, genellikle poliamid ince film kompozitlerinden yapılmış, permeability ve seçicilik arasında acı çeker. Graphene- bazlı membranlar bu uzlaşmayı tam olarak mühendislerle kırarak bozmaya söz verir.

Graphene Membran Laminar Membranları

Graphene oksit (GO) membranlar, genellikle 0.8 ila 1.5 nm'den genişlikte yayınlanan bir dizili levhadan oluşur.Su molekülleri bu nano kanallardan hızla seyahat edebilir, kapiller güç ve hidrojen bağı tarafından yönlendirilebilir, daha büyük hidratlar, organik moleküller ve patojenler, doğru bir şekilde bağlantılandığında sodyumun reddedilmesi.

Son gelişmeler, bir polimer matrixinde GO laminatı stabilize etmeye odaklandı, örneğin, suratttüzüğünde 2023 çalışmasına eğilimlidir.Gitgies, diamins ile kimyasal bağlantı kurdu, hücreli nano kristaller dahil, bir polimer matrixte GO laminatı dikti. Örneğin,% 99'u aşan su kesintisi ile birlikte.

Porous Graphene Membranları

Laminar tasarımlarının ötesinde, araştırmacılar aynı zamanda, son derece kısa difüzyon yolu nedeniyle, oksijen plazması veya odak elektron kirişi geri yüklemesi gibi tekniklerle kasıtlı olarak ortaya çıkarlar.[Döneticileri ve küçük moleküllerin reddedilmesi ile mümkün olmayan bir mikroploz membranları tanımlamış).

Bununla birlikte, göz ardı edilebilir grafiklere ölçeklendirmek önemli bir meydan okumadır. Büyük ata, def-free grafiklerene filmleri yaratmak ve sonra da dar boyut dağıtımları ile üniformaları tanıtmak pahalı ekipman ve hassas işlem kontrolü gerektirir. Bununla birlikte, roll-to-roll kimyasal buhar dekonsolasyonu (CVD) ve transfer teknikleri yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş bu membranları pilot ölçekli test için daha erişilebilir hale getirir.

Hibrit ve Kompozit Membranlar

Grafikteki güçlüleri diğer malzemelerle birleştirmek için, araştırmacılar, grafikte bir polimer matrisi veya plaka grafiğinde seramik destekle birleştirilen karma membranlar geliştiriyorlar.Bu kompozitler genellikle mekanik stabilite, fouling direniş ve tunable yüzey şarjı geliştirirler. Örneğin, poliethersulfone (S) ultrafiltoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitliklerde %45 artış gösterdiler.

Dış bağlantı:0 Doğa: Su arıtma için grafik tabanlı membranların potansiyelini gerçekleştirmek).

Fototermal Su Evaporasyon

Güneş enerjisi kullanılarak yapılan sallanan veya kirli kaynaklardan su tasarrufu eski bir uygulamadır, ancak grafiken fototermal buharlaşma verimliliğini azaltmıştır.Suda veya bir film veya aerosit olarak yapılandırıldığında, grafiken geniş spektrumlu ışık absorpsiyonunu ( UV'den kızılötesi'e kadar) gösterir ve etkili bir şekilde ısıtılabilir.Bu yerelleştirilmiş ısıtma ısı arayüzünde buhar üretebilir.

Grafiker - Temel Güneş Evaporatörler

Erken tasarımlar, güneş ışığında, çevreleyen suyu ısıtmış ve indüklenmiş buharlaştırma ile sınırlıydı. Ancak, verimlilik, ısı kayıpları ile büyük sıvıya karşı sınırlıydı. Modern yaklaşımlar, buharlı yüzeylerde ısıyı sınırlayan yüzeysel yapılara kıyasla% 90'ı aşıyor.

Önemli bir örnek, 2020 yılında yapılan bir çalışmadır:0) İleri Malzemeler), araştırmacıların hem kapiller su taşımacılığı hem de verimli güneş ısıtması için sağlanan mikro göz ardı edilebilir bir yapı ile birlikte, temiz su miktarı 2,5 kg / m2; bir güneş altında bir güneş altında üretilir ve toplanan su miktarı ile birlikte WHO içme suyu standartlarını karşılamaktadır.

Diğer Teknolojilerle entegrasyon

Fototermal grafik sistemleri, çok işlevli su hasat cihazları oluşturmak için diğer fonksiyonlarla daha fazla bir araya gelir. Örneğin, bazı araştırmacılar 2022 yılında gösterildiği gibi, termoelektrik modülleriyle ısıyı kullanan ısıyı kullanan termoelektrik modülleriyle entegre edilmiş bir grafik oluşturabilirler.[Dönemli:0)

Başka bir umut verici yön, geleneksel güneş sınırlamalarının bir parçası (örneğin, TiO2 veya g-C3N4), organik kirleticilerin anavatansız şekilde bozulmasına olanak sağlamak için grafiklere sahip yüzeyler.Bu çift işlevsellik, 1 kg / 2'yi kolayca kaldıramayan kimyasal kirleticiler için kullanılabilir.

Dış bağlantı:0)RSC Enerji ve Çevre Bilimi: Hibrit güneş buhar jeneratörü ve termoelektrik cihazı).

Graphene-Enhanced Atmospheric Water Harvesting

Atmosphericwater hasat (AWH) - havadan nem çıkarmak - arid bölgelerinde taze su üretmek için bir yol kat etti. Graphene tabanlı malzemeler hem hidrasyon hem de de aWH sistemlerinin reaksiyon aşamalarını geliştirmek için araştırılıyor, özellikle de gün gece sıcaklık döngülerinin sömürüldüğü gibi.

Graphene Aerogels ile Sorption-Based Systems with Graphene Aerogels

Konfeksiyon jel veya zeolitler gibi Konvansiyonel desiccants sınırlı su yukarısı var ve yüksek rezasyon sıcaklıklarını yüksek oranda gerektirir. Graphene aerogels -ultralight, Graphene çarşafları göz ardı eden ağlar - erogeler tuzlar ile işlevsel hale getirilebilir (örneğin, LiCl, CaCl2) yüksek su pompasına yatkınlığı kapasiteleri elde etmek için, genellikle ısı geçişi için mükemmel ısı geçişi için mükemmel bir şekilde serbest bırakma sağlar.

2021 yılında yayınlanan bir çalışmada, Fen Gelişimleri), performans bozulmadan 100 döngü boyunca çalışan LiCl-impregnated grafiğiene aerogel (mis yüksek olduğunda) ve günde 0,5 L su üreterek, performans bozulmadan 100'den fazla döngü için çalışan sistem, grafik tabanlı büyücülerin dayanıklılığını vurgular.

Sisler Graphene-Coated Me

Sisleme, su damlacıklarını fog-laden rüzgardan ağarmış ağarışı ağarışı kullanarak düşük toplama verimliliğine sahiptir, çünkü küçük damlacıklar, üzerlerine etkisi yerine fiberler üzerinde akışa eğilimlidir.Gücretsiz bir şekilde fiberler çizebilir. Graphene'un yüksek yüzeysel oksijen gruplarının üç kattan fazla toplamadığı bir yüzey testlerinde standart dışı oksijenli bir tabakaya eklenmiş bir şekilde genişletilebilir.

Dış bağlantı: Fenatrik Gelişimler: atmosferik su hasat için Hygrooskopik grafiklere [DüzdÜT:1)

Solar-Driven Desalination ile entegrasyon

Fototermal buharlaşma ve membran filtrasyonları bireysel olarak umut verici olsa da, bir grafikte yüzeysel ısı sistemleri sinerjik fayda sağlar. Graphene daha sonra da fotovoltaik absorbe ve membran materyali olarak çözülebilirken, araştırmacıların 10-15 L / 2'nin üst kısmında bir grafikte bir fotoğraf makinesi kullanan bir cihaz geliştirdikleri bir mikropüresel ısıyı kullanarak, daha sonra da küçük bir buharı oluşturmak için yeterince su buharı oluşturmak için yeterince iyi bir şekilde kullanabilirler.

Hindistan ve Sahra altı Afrika'daki son pilot projeler bu entegre birimleri test etti. Kırsal Rajasthan'da yapılan bir arazi denemesi, düşük maliyetli bir grafiksel güneş hala 10 aylık bir süre boyunca 12 L /m2 üretebileceğini gösteriyor.

Meydanlar ve Scalability

Dikkatli laboratuvar ilerlemesine rağmen, birkaç engel, yazlar için grafiksel olmayan su hasat teknolojileri yaygın olarak kabul edilebilir. İlk olarak, yüksek kaliteli grafik ve grafiken oksitin büyük sentezi yeşil sentez rotaları geliştirmek için pahalı ve enerji yoğun.Göçücü elektrolitler için oksidasyon gibi - henüz istikrarlı bir şekilde gerekli olan yapısal kontrole sahip olmak için gerekli olan ancak daha uygun maliyetlidir.

İkincisi, gerçek su ortamlarında grafiken malzemelerin uzun vadeli stabilitesi ayrıntılı bir inceleme gerektirir. Laboratuvar testleri gün veya haftalar boyunca minimal bozulma gösterirken, gerçek sular, organik madde, mikroorganizmalar ve divalent tıkanma, ölçeklendirme veya parçalanmalara neden olabilecek bir miktar ilerlenebilir. Örneğin, kalsiyum ve magnezyum iyonları zamanla membran geçirilebilirliği azaltır. Anti-fouling kaplamalar ve periyodik temizlik protokolleri, arazi koşulları altında geliştirilmelidir.

Üçüncü olarak, grafik nanomalzemelerin potansiyel toksisitesi, düzenleyici kabulleri engelleyebilecek çevresel ve sağlık endişelerini gündeme getirmektedir. Bazı in-vitro çalışmaları, grafikte üretilen keskin kenarlar veya reaktif oksijen türlerinin hücre zarlarına zarar verebilir veya oksidatif strese yol açabilir. Ancak, bu çalışmaların çoğu gerçekçi maruz kalma senaryolarının temsilcisi değildir.Incapsulating grafiğin içinde polimer matriksler veya bunun en uygun şekilde kullanılmasını sağlamak için gerekli olan temel sınırlardır.

Dış bağlantı:Düzg:0)Desalinasyon: Su tedavisi için grafiken bazlı membranların yaşam döngüsü değerlendirmesi[Dön 1: 1).

Future Yol ve Araştırma Frontiers

Önümüzdeki birkaç ortaya çıkan trend, grafikten gelen su teknolojilerinin pazarlamaya yönelik çevirisini hızlandırmaya söz veriyor.Bir tanesi, grafik membranları için sentez parametrelerini optimize etmek için makine öğrenimi ve yapay zeka kullanımıdır.Politik sonuçlar hakkında eğitim modelleri tarafından, araştırmacılar en iyi flake boyutunu tahmin edebilir, oxidasyon derecesi ve verilen bir su kompozisyonu için pore yoğunluktır.

Başka bir sınır, hasara maruz kalan öz-konaküle grafiğin geliştirilmesidir.A 2023 kanıt-of-koncept inurFLT:0) Nanoteknoloji), enkapalı poliurettan önce oluşan bir grafik membranın, kasıtlı olarak hasar gören orijinal sulardan %90'ını kurtarabileceğini gösterdi.

Son olarak, Dünya Ekonomik Forumu ve BM'nin Su Erişimi İzleme Hızlandırması gibi kuruluşlar, Sürdürülebilir Kalkınma Hedefi 6 (temiz su ve sanitasyon) elde etmek için temel bir imkan veren olarak gelişmiş malzemeler tespit etmişlerdir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Grafene, temel olarak, membran filtrasyonunun eşsiz seçicilik ve permeability ile, fototermal buharlaşmanın yakın mükemmel güneş verimliliği ile ve atmosferik su yakalamalarının, ölçeklenebilir üretim, uzun vadeli dayanıklılık ve çevresel güvenlik açısından büyük ölçüde artmasını sağladı, ancak inovasyonun hızı, yeşil sentez, hibrit mimarilerde yatırımın devam etmesi gerektiğini gösteriyor.