과학자들은 안개 수확과 수처리를 위한 병렬 방법을 개발했습니다.

안개 수확은 호수와 강이 없는 지역에 또 다른 담수 공급원을 제공하지만, 물이 부족한 도심에서는 대기 오염 문제가 추가됩니다. 이제 연구자들은 안개에서 물을 모으고 유해한 오염물질을 제거하는 간단한 방법을 개발했습니다. 이는 전 세계 수백만 명의 사람들에게 안전한 식수를 제공하는 데 도움이 될 수 있는 발전입니다.

오늘 Nature Sustainability 저널에 보고된 바와 같이, 연구원들은 특수 태양열 코팅이 적용된 나노공학 강철 메쉬가 안개에서 물방울을 수집한 다음 물을 처리하여 마시기에 안전한 것으로 만드는 방법을 보여줍니다. 이산화티타늄 나노입자로 구성된 폴리머 코팅은 일단 햇빛에 노출되면 반응성을 유지하고 24시간 내내 오염, 비 또는 빛을 제거하는 독특한 능력을 가지고 있습니다.

UC Berkeley 기계공학과 조교수이자 수석 연구원인 Thomas Schutzius에 따르면 물을 수집하고 처리하는 이러한 완전 수동형 하이브리드 접근 방식은 "해당 분야 최초"입니다. 이전에 그는 취리히 공과대학(ETH Zurich)의 조교수였으며 이 연구의 대부분이 그곳에서 이루어졌습니다.

Schutzius는 “물 수확을 통해 필요한 곳에 마실 수 있는 물을 만드는 문제를 해결하고 싶지만 도시 중심부의 대기 오염 문제도 동시에 존재합니다.”라고 말했습니다. "우리는 답이 병렬 처리라고 생각합니다. 따라서 우리의 목표는 수동적 상태를 유지하면서 물을 수집하고 이러한 오염 중 일부(특히 유기 오염)를 제거할 수 있는 안개 수집기를 개발하는 것이었습니다."

하루 종일, 전천후 솔루션

수년 동안 연구자들은 종종 나노 크기로 짜여진 메쉬로 구성된 대형 수직 울타리를 사용하여 안개에서 미세한 물방울을 효율적으로 수확하기 위한 수동 시스템을 개발해 왔습니다. 그러나 이 이전 연구는 오염되지 않은 안개에 중점을 두었습니다. 도시 및 산업 현장, 심지어 바람이 불어오는 지역에서도 안개 방울은 위험한 수준의 유기 오염물질로 오염될 수 있으며, 이는 암이나 기타 심각한 건강 문제와 관련이 있어 수집된 물을 마시기에 안전하지 않게 만듭니다.

UC 버클리 기계공학과 조교수인 토마스 슈치우스(Thomas Schutzius).

포획된 안개 물방울에서 이러한 오염 물질을 제거하기 위해 연구진은 폴리머 코팅을 찾았습니다. Max Planck Institute for Polymer Research의 과학자이자 ETH Zurich의 방문 연구원인 수석 저자인 Ritwick Ghosh는 이전에 광촉매 활성 금속 산화물 나노입자를 포함하는 메쉬 코팅을 사용하여 오염된 안개를 제한적으로 처리할 수 있다는 것을 발견했습니다. 이산화티타늄과 같은.

이러한 코팅은 햇빛에 노출되면 반응성을 띠게 되며 안개 방울에 있는 오염 분자가 무해한 물질로 분해되어 수집된 물을 마시기에 안전해집니다. 그러나 이러한 코팅은 작업을 수행하기 위해 활성적이고 지속적인 자외선 램프 조명이 필요했기 때문에 유기 오염 물질을 효과적으로 처리하는 능력이 저해되었습니다.

이 최신 연구에서 Schutzius와 Ghosh는 치료를 완전히 수동적으로 만들기 위한 다음 단계를 밟았습니다. 그들은 UV 광선에 24시간 노출되지 않고도 물을 계속 처리할 수 있도록 나노입자 코팅을 최적화했습니다.

Schutzius는 "여기서 핵심은 햇빛이 있을 때 표면을 반응성으로 만들고 안개가 끼거나 흐린 경우에도 반응성을 유지한다는 것입니다. 거의 용량성과 유사한 동작을 나타냅니다."라고 Schutzius는 말했습니다. 날씨와 시간대에 관계없이 효과적으로 물을 처리할 수 있는 배터리입니다.

치료에 탁월함

이 연구의 일환으로 연구원들은 친수성과 소수성의 두 가지 코팅 유형을 테스트했습니다. 둘 다 물 수집 성능은 동일했지만 친수성 버전은 처리 성능이 뛰어났습니다.

친수성 코팅이 물을 끌어당기기 때문에 수집된 물방울은 메쉬를 따라 얇은 막을 형성하여 오염 물질 분자가 메쉬의 반응성 코팅을 만나기 전에 짧은 거리를 이동하여 부패하게 만듭니다. 반대로, 소수성 또는 발수 코팅은 물이 메쉬의 두꺼운 층으로 쌓이게 하여 오염 입자가 반응 표면에 도달하는 데 더 많은 시간이 필요합니다.