太陽光を利用して水中の不純物を除去する低コストなフィルター
2021年12月20日（月） by: ラモン・トーミーTags: alginate, breakthrough, Chemistry, clean water, discoveries, filtration system, future science, future tech, goodhealth, goodpollution, goodscience, hydrogels, inventions, moisture harvester, physics, polydopamine, potable water, research, water contaminants, water filter, water purification, water purifier
この度、安価なフィルターが、非日常的な生活を送る人々の浄水対策として注目されています。
このフィルターは大きなスポンジのようなもので、水を吸い上げるが、病原菌や化学物質などの汚染物質は残しておく。
このフィルターを太陽の下に置くと、きれいな水を通すことができ、その水を集めて使うことができます。
この浄水器の開発チームは「既存の技術の中で最も高い受動的太陽光浄水率を実現する」とアピールしている。
鉛などの汚染物質を除去する低価格の太陽電池式浄水器
このフィルターは、プリンストン大学の研究者がフグにヒントを得て開発したものです。
プリンストン大学のイノベーション担当副学長で、このフィルターの共同発明者であるロドニー・プリーストリーは、
「フグは捕食者が居る時に水を吸って体を膨らませる」
と、説明する。脅威がなくなると、フグは水を放出し、通常のサイズに収縮する。
研究者によると、この装置は、現在使われている他の技術よりも遥かに速く水を浄化する事ができるという。
又、従来の装置と比較して多くの利点があるという。
他の多くの太陽電池式浄水器は、使用する水を浄化するのに非常に時間が掛る。
重力を利用したパッシブろ過方式は、定期的にフィルターを交換する必要がある。
また、電気などの動力源を用いて膜に水を送り込む方式もある。
フグからヒントを得た低価格の太陽電池式浄水器、鉛などの汚染物質除去に成功
その秘密は、ハニカム構造を持つ高多孔質ゲルにある。
このゲルは、温度によって異なる性質を示す。
常温では水を吸収し、33℃に加熱すると水を押し出す。多孔質なゲルの中に、汚染物質をブロックする2つの層があります。
中間層には、ポリドーパミン（PDA）と呼ばれる暗色の素材が使われています。
PDAは、フィルターとして2つの役割を担っています。
重金属や有機物を遮断し、太陽光を熱に変換してゲルの温度を上昇させ、水を押し出すのです。
最外層は褐藻類のアルギン酸です。
この層は、病原菌やその他の物質が最内層に侵入するのを防ぐ。
このソーラーフィルターは、水が不足している地域にきれいな水を供給するのに役立つ事でしょう。
研究者によると、この装置は、石油、鉛、低分子、病原体等様々な汚染物質で汚染された水を浄化する事ができるという。
また、内部のゲルは、少なくとも10回の浸漬と排出を繰り返しても、その性能に影響を与える事なく水をろ過する事ができるという。
その為、このゲルは繰り返し使用することができ、水の収集と浄化を行うことができる。
プリンストン大学の研究員で共同発明者のXiaohui Xuは、太陽電池式フィルター内のゲルの開発で重要な役割を果たしました。
彼女はこう語っています。
「太陽光は無料ですし」
「この装置を作る為の材料は」
「低コストで無害なものです」
「この装置は、費用対効果が高く」
「環境に優しい純水製造方法なのです」
更に、前日の夜にフィルターを水源に入れ、翌日太陽の下に置いて飲料水を生成することも提案しました。
徐は、大学構内にあるカーネギー湖の水中に、包んだゲルを置くというデモンストレーションを行った。
そして、1時間ほど湖の水に浸しておく。
そして、包んだゲルを水から引き上げ、容器の上に載せて、太陽の下に置いた。
すると、1時間後に容器に純水が流れ込み、ゲルは太陽に温められた。
ロドニー・プリーストリーは、このプロジェクトの実現性について次のように語っている。
「私にとって、この研究の最もエキサイティングな点は」
「大規模でも小規模でも、完全にオフグリッドで運用できる事です」
と、彼は言いました。
また、イノベーション担当副学部長は、太陽光発電による浄水システムは、"先進国でも、低コストの無動力浄水が必要な現場で活躍する可能性がある "と付け加えています。
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これまでの研究では、ハイドロゲルと太陽光を利用して飲料水を採取する事が検討されています
太陽を動力源とする集水・浄化システムは、清潔な飲料水の入手が困難な場所において、間違いなく有益なものである。
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テキサス大学オースティン校の研究者による以前の研究では、プリーストリーと彼のチームのアプローチと同様に、ハイドロゲルを利用していた。
又、テキサス大学オースティン校のチームによる2019年の研究では、太陽の熱を利用して、ハイドロゲルがきれいな水を放出する切欠を作りました。
太陽の力で空気からきれいな水を作るモイスチャーハーベスター
水を吸収し、加熱すると放出するハイドロゲルの使用は、湿度が高くても乾燥した天候のもとでも成功を収めてきた。
しかし、UTオースチンの研究者達は、更に一歩進んで、空気中の水分を利用して、このゲルによって水を作り出す事に成功したのである。
研究代表者のGuihua Yuは、彼らが開発したハイドロゲルは、
「空気中の水分を採取し」
「太陽光の下できれいな水を生成する事ができます」
と、語っています。
材料科学と機械工学の准教授は、このシステムは、太陽光発電を利用するだけなので、激しいエネルギー消費を避けることができると述べています。
太陽電池で空気中の水分を回収・浄化するモイスチャーハーベスター
空気中の水分を集めてきれいにする太陽電池式モイスチャーハーベスター
研究の共著者であるFei Zhaoは、
「私達は、ハイドロゲルを外に出しておくだけで」
「水を集める事ができる、完全にパッシブなシステムを開発しました」
と、付け加えました。
集めた水は、日光に当てるまでハイドロゲルの中に蓄えられたままです。自然の太陽光の下で5分もすれば、水は放出されます。
このシステムはコンパクトですが、一般家庭で使うには十分な水を作ることができます。
プロトタイプのテストでは、1kgのハイドロゲル当り５０リットルもの水を集めて保持できる事が判りました。
