Ученые из Национального института образования/Наньянского технологического университета Сингапура разработали метод преобразования фруктовых отходов, таких как кокосовая шелуха, кожура апельсинов и бананов, в солнечный абсорбент из MXene для эффективного процесса опреснения воды.
Сингапур ежегодно производит более 20 000 тонн фруктовых отходов, большая часть которых поступает из сектора производства фруктовых соков, где используется 50% фруктов, а остальное выбрасывается как мусор, например, фруктовая кожура. Это вдохновило доктора Эдисона. Он видит богатство там, где другие видят отходы, поскольку отходы — это свободные ресурсы, которые могут быть использованы для создания ценных продуктов, как MXene в данном примере.
Тип материала, известный как MXene, обладает превосходными возможностями преобразования света в тепло и может быть использован для создания солнечных фильтров для очистки воды с помощью чистой, возобновляемой солнечной энергии. Такую солнечную установку можно сделать портативной и легко установить в сельских районах с ограниченным доступом к электричеству.
Фруктовые отходы были использованы для создания материалов MXene посредством двухступенчатого процесса карбонизации, и эти материалы были использованы для создания солнечного абсорбера в солнечной установке для опреснения воды. Эта работа была представлена в тематическом сборнике «2022 молодых химиков» в журнале Journal of Materials Chemistry A.
Основные выводы, сделанные в статье, следующие:
МХены, полученные из фруктовых отходов, демонстрируют превосходную эффективность преобразования света в тепловую энергию с показателем 90%. Это почти на 30% выше, чем у коммерческого солнечного абсорбента, что означает, что он более эффективен при преобразовании солнечной энергии в тепловую.
Использование фруктовых отходов в качестве источника сырья для производства MXene может значительно снизить стоимость материала. В данном исследовании материал MXene был дешевле коммерческих альтернатив, поскольку один из источников реактивов был получен бесплатно из фруктовых отходов.
Прототип самодельной солнечной батареи, в которой использовался материал MXene, показал значительное улучшение скорости производства воды, увеличившись примерно на 50% по сравнению с существующей солнечной батареей.
Очищенная вода, произведенная прототипом самодельного солнечного натрия, соответствовала стандарту питьевой воды Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). Это указывает на то, что солнечная батарея на основе MXene может производить чистую питьевую воду, безопасную для потребления человеком.Основным направлением исследований доктора Эдисона является разработка инновационных и экономически эффективных методов превращения органических отходов в полезные материалы для солнечных батарей, очищающих воду. В предыдущем исследовании его команды графит был успешно получен из пластикового мусора, и эта работа была опубликована в журнале Journal of Materials Chemistry A.
Оба исследования показали, что органические отходы могут быть превращены в двумерные (2D) материалы с более высокими значениями, как графит и MXene. Кроме того, выраженная сотовая структура повышает эффективность преобразования света в тепло, а прослойки двумерной структуры открывают многочисленные пути для быстрого получения воды.
Переработка и повторное использование органических отходов и превращение их в материалы с добавленной стоимостью, такие как углерод, может уменьшить негативные последствия загрязнения окружающей среды отходами, а также снизить стоимость материалов MXene или графита и добычу природных углеродных ресурсов. В результате и экономика, и окружающая среда значительно выиграют.
Поиск подходящих материалов для экологичных и более эффективных солнечных батарей является основной проблемой. Обычно неорганические примеси смешиваются с органическими отходами. В результате существует лишь несколько чистых материалов, которые могут быть получены с помощью современных технологий. Сортировка различных типов отходов потребует дополнительной работы, например, совместного использования машинного обучения и искусственного интеллекта для повышения качества процесса утилизации отходов.
Известно, что коммерческие литий-ионные батареи, которые используются во всем — от смартфонов до электромобилей, — изготавливаются с использованием графита в качестве ключевого компонента. МХены, которые, подобно графиту, обладают естественной проводимостью и двумерной структурой, полезны для хранения заряда в батареях и вскоре могут быть использованы в производстве батарей. Таким образом, MXene, полученный из фруктовых отходов, имеет потенциальное применение, выходящее далеко за рамки очистки воды.
