p Mover água com eficiência para cima contra a gravidade é um grande feito da engenharia humana, ainda que as árvores tenham dominado por centenas de milhões de anos. Em um novo estudo, pesquisadores projetaram um sistema de transporte de água inspirado em árvores que usa forças capilares para conduzir a água suja para cima através de um aerogel estruturado hierarquicamente, onde pode então ser convertido em vapor por energia solar para produzir produtos frescos, água limpa. p Os pesquisadores, liderado por Aiping Liu na Zhejiang Sci-Tech University e Hao Bai na Zhejiang University, publicaram um artigo sobre o novo método de transporte de água e geração de vapor solar em uma edição recente da ACS Nano . No futuro, métodos eficientes de transporte de água têm aplicações potenciais na purificação e dessalinização da água.

p "Nosso método de preparação é universal e pode ser industrializado, "Liu disse Phys.org . "Nossos materiais têm excelentes propriedades e boa estabilidade, e pode ser reutilizado muitas vezes. Isso oferece a possibilidade de dessalinização em grande escala e tratamento de esgoto no futuro. "

p O novo sistema consiste em dois componentes principais:um longo, poroso, aerogel ultraleve para transportar água, e uma camada de nanotubo de carbono no topo do aerogel para absorver a luz solar e transformar a água em vapor. O sistema é encerrado em um recipiente de vidro. A água viaja para cima através dos poros do aerogel devido às forças capilares, que são causados ​​pela adesão entre as moléculas de água e a superfície interna dos poros. Uma vez que a água chega ao topo, a camada de nanotubo de carbono com aquecimento solar aquece a água em vapor, deixando qualquer contaminante para trás. O vapor condensa nas laterais do recipiente de vidro ao redor, formando gotículas de água que fluem para o fundo do recipiente em um reservatório para coleta.

p Este projeto é muito semelhante ao que as plantas usam. As plantas contêm muitos vasos minúsculos do xilema que retiram água do solo por meio de seus galhos e folhas - às vezes a centenas de metros no ar. Uma vez que a água atinge as folhas, a radiação solar faz com que a água evapore através de minúsculos poros nas folhas, semelhante ao gerador de vapor solar de carbono.

p Recriar um sistema de transporte de água eficiente semelhante a uma árvore tem sido um desafio, com a maioria das tentativas anteriores exibindo velocidades de transporte relativamente lentas, distâncias curtas de transporte, e uma diminuição no desempenho ao transportar esgoto e água do mar em comparação com água limpa. Com o novo design do aerogel, os pesquisadores demonstraram melhorias em todas essas áreas, alcançando desempenho de fluxo ascendente de 10 cm nos primeiros 5 minutos e 28 cm após 3 horas. O sistema também funciona bem com água limpa, água do mar, esgoto, e águas subterrâneas arenosas. Além disso, o coletor de calor de carbono atinge uma alta eficiência de conversão de energia de até 85%.

p A chave para as melhorias foi o design cuidadoso da arquitetura do aerogel. Para fabricar o material, os pesquisadores colocaram os ingredientes do aerogel em um tubo de cobre, que eles então submeteram a um gradiente de temperatura onde a extremidade fria do tubo era de –90 graus Celsius. Isso fez com que os cristais de gelo crescessem em um padrão dentro do aerogel ao longo do gradiente de temperatura. Depois de liofilizar o tubo, o aerogel resultante exibiu uma estrutura hierárquica com canais alinhados radialmente, poros de tamanho micro, superfícies internas enrugadas, e malhas moleculares. Todas essas estruturas minúsculas contribuíram para o bom desempenho do aerogel.

p No futuro, os pesquisadores planejam melhorar ainda mais o desempenho do sistema para se preparar para as aplicações.

p "Esperamos otimizar ainda mais o esquema experimental e realizar uma produção em larga escala, "Liu disse." Também esperamos melhorar ainda mais o comprimento do transporte de água, a velocidade do transporte de água, e a eficiência da coleta de água, para melhor realizar as aplicações práticas. " p © 2019 Science X Network