Il gel per la raccolta dell'acqua funziona a bassi livelli di umidità

Timestamp: 20 giugno 2022 12:12
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I ricercatori negli Stati Uniti hanno progettato un gel polimerico sostenibile in grado di raccogliere grandi quantità di acqua dall'aria circostante, anche in condizioni di bassa umidità. Creato da Youhong Guo e colleghi dell'Università del Texas ad Austin, il materiale a basso costo combina fibre vegetali che assorbono l'acqua con la cellulosa, che espelle l'acqua quando riscaldata.

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Molte parti del mondo sperimentano un certo grado di scarsità d'acqua e si prevede che il problema crescerà con l'aumento del riscaldamento globale. L'estrazione dell'umidità direttamente dall'atmosfera potrebbe fornire a milioni di persone un accesso vitale all'acqua pulita. I ricercatori hanno già sviluppato una varietà di diversi materiali porosi in grado di catturare e rilasciare umidità su richiesta, ma questi spesso richiedono condizioni umide. Nelle regioni aride, che oggi ospitano oltre un terzo della popolazione mondiale, le tecniche esistenti risentono del basso assorbimento d'acqua e dell'elevata domanda di energia.

Per affrontare questa sfida, il team di Guo ha sviluppato un nuovo materiale polimerico, contenente un ibrido di gomma konjac (KGM) – una fibra vegetale ampiamente utilizzata nella cucina asiatica – e idrossipropilcellulosa (HPC). Questa matrice polimerica contiene anche una soluzione uniformemente dispersa di cloruro di litio, un sale che trattiene l'umidità.

Ampia superficie

All'interno del materiale, il KGM idrofilo ha una struttura gerarchicamente porosa. Ciò fornisce un'ampia superficie di raccolta dell'acqua, consentendo anche al vapore acqueo di passare rapidamente attraverso la struttura. Quando viene riscaldato, l'HPC subisce un cambiamento di fase e le sue fibre polimeriche precedentemente diritte si contraggono in forme amorfe e contorte. Durante il processo, l'umidità presente nelle fibre KGM viene rilasciata rapidamente.

Guo e colleghi hanno dimostrato che in 14-24 cicli di assorbimento e rilascio di acqua in condizioni aride, 1 kg di gel può produrre più di 6 l di acqua al giorno con il 15% di umidità relativa. Con il 30% di umidità relativa si possono produrre fino a 13 l al giorno.

I ricercatori hanno anche dimostrato che il polimero può essere facilmente prodotto attraverso un metodo di colata intuitivo, in cui un precursore di gel contenente tutti e tre gli ingredienti viene miscelato e versato in uno stampo. Dopo 2 min, il composto viene liofilizzato e sbucciato dallo stampo, pronto per essere utilizzato subito.

Inoltre, i tre ingredienti del materiale sono abbondanti e possono essere reperiti in modo sostenibile. Complessivamente, gli ingredienti costano solo $ 2 al chilogrammo. Il team di Guo spera che il basso costo e la semplicità di produzione significhino che il gel può essere prodotto commercialmente. Prevedono che quantità molto maggiori di acqua potrebbero essere prontamente raccolte fabbricando pellicole più spesse e introducendo letti assorbenti nel gel.

La ricerca è descritta in Nature Communications.

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