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Jun 10, 2024

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Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 4403 (2022) Cita este artículo 4367 Accesos 5 Citas 1 Detalles de Altmetric Metrics Sistemas de evaporación de agua con energía solar como motor principal

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 4403 (2022) Citar este artículo

4367 Accesos

5 citas

1 altmétrica

Detalles de métricas

Los sistemas de evaporación de agua con energía solar como principal energía impulsora han recibido amplia atención en los últimos años. Este trabajo estudia el método de preparación y el rendimiento de evaporadores de hidrogel utilizando quitosano y alcohol polivinílico (PVA) como estructura y nanopartículas de carbono (CNP) como material fototérmico. La tasa de evaporación del hidrogel de CPC (quitosano/PVA y CNP) obtenido alcanza 2,28 kg m-2 h-1. Simultáneamente, se diseña una estructura tridimensional basada en el sistema de evaporación bidimensional de doble capa de este estudio. Se diseña un evaporador con estructura de piscina diminuta y un hidrogel con estructura de cúpula. Estas dos estructuras logran tasas de evaporación altamente eficientes de 2,28 kg m-2 h-1 y 3,80 kg m-2 h-1, respectivamente. Estos diseños optimizados mejoran la tasa de evaporación del sistema general en aproximadamente un 66,7%. Los dispositivos de evaporación desarrollados proporcionan un camino prometedor para el desarrollo de evaporadores de doble capa, que promueven el nuevo desarrollo de la purificación del agua con un sistema de evaporación impulsado por energía solar.

El agua es el recurso más preciado para mantener la supervivencia humana y el desarrollo económico1,2. Sin embargo, la cantidad de agua dulce en la superficie terrestre es limitada y no es capaz de satisfacer la creciente demanda. Al mismo tiempo, el océano cubre más del 70% de la superficie terrestre2. Por tanto, el problema de convertir el agua de mar en agua dulce para uso humano es un tema vital en el que muchos investigadores están trabajando para ayudar a la sostenibilidad de las sociedades humanas.

Las fábricas tradicionales de evaporación de agua se basan en petróleo. Este método provoca una importante contaminación de las aguas residuales y emisiones de gases de efecto invernadero. Para reducir la contaminación ambiental y el costo monetario, los investigadores se ven obligados a utilizar una fuente renovable como energía impulsora de la evaporación3. El sistema de generación de vapor impulsado por energía solar es un método que puede convertir fácilmente agua de mar en agua dulce basándose en energía solar abundante, renovable y limpia4. La destilación solar imita el ciclo natural del agua, en el que el sol calienta el agua de mar hasta el punto de evaporación5. Después de la evaporación, el vapor de agua se condensa en una superficie más fría. En general, los sistemas de generación de vapor de agua impulsados ​​por energía solar se pueden dividir en dos tipos. Uno de ellos consiste en utilizar células fotovoltaicas (PV) que convierten la energía solar en electricidad para impulsar el proceso de evaporación. El otro es utilizar la energía solar térmica directamente como energía impulsora de la evaporación. El sistema de desalinización fotovoltaica incluye ósmosis inversa (RO) y electrodiálisis (ED). El sistema solar térmico incluye flash multietapa (MSF), destilación multiefecto (MED), compresión de vapor (VC), desalinización por congelación (FD) y destilación por membrana (MD)6.

El objetivo principal de la investigación actual del sistema de desalinización solar térmica es mejorar la eficiencia fototérmica y la calidad del agua destilada después de la purificación. Los investigadores están comprometidos a mejorar la tasa de absorción de calor del absorbente de luz, la capacidad de atrapar la luz solar en la superficie gas-líquido y el área de superficie utilizable del absorbente de luz por unidad de área de proyección, ya que estos son factores clave en la creación de un sistema de desalinización altamente efectivo. .

El sistema de doble capa consta de un absorbente de luz con rendimiento de absorción de banda ancha, una barrera de aislamiento térmico y un canal de agua hidrófilo para transferir el agua de mar al absorbente de luz. Este sistema con una excelente eficiencia de evaporación ha sido ampliamente estudiado. En 2013, Omara et al.7 diseñaron un sistema de destilación y desalinización de dos niveles utilizando un calentador de agua solar al vacío, geotextil Jut y un alambique solar. Esta energía solar de mecha cuadrada de doble capa (DLSW) aún aumentó la productividad del agua en un 114%. La eficiencia diaria promedio del DLSW fue del 71,5% y la productividad del agua destilada aumentó en un 215% si se alimentaba con agua salobre caliente por la noche. Lee et al.8 propusieron una membrana microporosa superhidrófila con aislamiento térmico compuesta de sacarosa carbonizada y polidimetilsiloxano como evaporador solar eficiente, que alcanzó una tasa de producción de agua purificada de 1,28 kg m-2 h-1. En su estudio, la energía solar se utiliza como única energía motriz. El absorbente de conversión fototérmica recibe energía solar de la luz solar y calienta el agua dentro de la estructura porosa9. Requiere un rendimiento de absorción de espectro de banda ancha y una alta eficiencia de conversión fototérmica.

El objetivo principal de la capa de aislamiento térmico es atrapar la energía térmica obtenida por el absorbente de luz en la interfaz gas-líquido. Esto evita la difusión de calor al agua a granel, mejorando así la eficiencia. Como tal, el material de barrera térmica debe poseer una baja conductividad térmica y propiedades hidrófobas, que minimicen la pérdida de calor conductivo en el proceso de transporte. La combinación de la barrera térmica y un canal de agua hidrófilo puede crear un sistema de transferencia de agua bidimensional (2D). Reducir el canal puede reducir efectivamente la difusión de calor hacia abajo al agua a granel, mejorando la eficiencia de la evaporación. Los materiales aislantes empleados anteriormente incluyen madera10,11, papel colocado al aire12, sustrato de sílice macroporoso13 y espuma de poliestireno14. El suministro de agua 2D emplea materiales intermediarios hidrófilos como celulosa15, tejidos de algodón y seda16, estructuras de grafeno orientadas verticalmente17 y papel colocado al aire18 para el suministro de agua. En este estudio, se aplica espuma de cloruro de polivinilo (PVC) como material de aislamiento térmico en la capa inferior. Como material de células cerradas, la espuma de PVC tiene la capacidad de sellar la humedad y tiene una alta dureza. Como termoplástico, el PVC tiene un excelente desempeño en aislamiento térmico. Estas propiedades hacen de la espuma de PVC un material muy adecuado para la barrera de aislamiento térmico. Al mismo tiempo, se utiliza una toallita de algodón con alta absorción de agua como tubería de agua entre el hidrogel y el agua a granel. Un suministro de agua adecuado y continuo contribuye en gran medida al alto rendimiento de evaporación. Su estructura afecta la dirección del flujo de agua hacia la capa absorbente. lo que afecta indirectamente la eficiencia de la evaporación.

Los hidrogeles, que son redes poliméricas porosas tridimensionales (3D) que constan de cadenas de polímeros hidrófilos, se han empleado ampliamente en diversas áreas, como biosensores inclusivos19, productos de higiene20, lentes de contacto, administración de fármacos21 y cultivo celular22. En los últimos años, los hidrogeles han mostrado un rendimiento de evaporación increíble y se han convertido en un material funcional prometedor en este campo. Los hidrogeles cooperan bien con varios tipos de nanopartículas para mejorar la capacidad de conversión fototérmica, lo que los hace adecuados para sistemas de evaporación de agua impulsados ​​por energía solar. Como estructura porosa, los hidrogeles tienen un gran volumen interno y área de superficie, que pueden absorber agua continuamente en el proceso de evaporación y proporcionan suficiente contacto gas-líquido para lograr un rendimiento de evaporación eficiente. En este trabajo se lleva a cabo el diseño y optimización del sistema de evaporación y la estructura del evaporador de hidrogel CPC. Se diseña una estructura de piscina pequeña y un hidrogel en forma de cúpula. Se miden la absorción de agua y la absorción de luz del hidrogel y la tasa de evaporación general del sistema para demostrar la viabilidad del sistema. El PVA es un polímero soluble en agua con excelente estabilidad química, capacidad de formación de película y alta hidrofilicidad23. El quitosano es la quitina de los camarones y otros crustáceos que ha sido tratada con una sustancia alcalina. Cuando estos dos materiales se reticulan, se formará una estructura de hidrogel poroso con alta flexibilidad, dureza y calidad de absorción de agua. Como material a base de carbono, los CNP tienen una conductividad térmica extraordinaria y una alta estabilidad. Por lo tanto, se utiliza como material absorbente de luz de este hidrogel para maximizar la ganancia de energía solar.

En este estudio, se presenta un sistema de evaporación solar fototérmico, macroporoso de doble capa con la estructura esquemática que se muestra en la Fig. 1. Se introduce un hidrogel de quitosano/PVA/CNP (CPC) utilizando quitosano y PVA como red estructural del hidrogel y CNP distribuidos en la matriz de quitosano/PVA como material fototérmico.

Ilustración esquemática de un sistema de evaporación regular de doble capa.

Para aumentar la tasa de evaporación y la absorción de luz del hidrogel, se optimiza el hidrogel plano original. Se diseña un hidrogel en forma de cúpula con varias proyecciones hemisféricas en su superficie, como se muestra en la Fig. 2.

Hidrogel optimizado en forma de cúpula con estructuras hemisféricas.

En la aplicación práctica, la superficie del evaporador juega un papel decisivo en la tasa de evaporación. La superficie más grande puede mejorar efectivamente el calor convectivo disipado en la superficie del evaporador, aumentando así la tasa de evaporación. La estructura hemisférica puede crear más superficie de evaporación sin cambiar el área del proyecto. Por lo tanto, esta estructura en forma de cúpula aumenta drásticamente la absorción de luz del hidrogel, así como el área de evaporación, aumentando así la tasa de evaporación.

Después de evaluar el impacto del sombreado para determinar la geometría que mejor promueve la absorción fototérmica, se añaden siete unidades de hemisferio con un radio de 2 mm a un hidrogel cilíndrico con un diámetro de 70 mm. El hidrogel se elabora con moldes de silicona personalizados y se pule la superficie. En los experimentos posteriores, se prueba el rendimiento de evaporación de una unidad de un solo hemisferio y los resultados experimentales demuestran que la estructura realmente podría mejorar el rendimiento de evaporación.

PVA, peso molecular de 85.000 a 124.000, 99 + % hidrolizado. Quitosano, peso molecular medio, de Sigma-Aldrich. Solución de glutaraldehído, 50 peso. % en H2O, de Sigma-Aldrich.

El esquema general del proceso de fabricación del hidrogel se muestra en la Fig. 3. La muestra es un cilindro con un diámetro de 70 mm y un espesor de 10 mm. Primero, se disuelve 1 g de quitosano en polvo en 50 ml de solución de ácido acético al 1% (v/v) y se agita con un agitador magnético a 40 °C durante 6 h hasta su completa disolución. Luego, disolvemos 4 g de PVA en polvo en 40 ml de agua desionizada y agitamos con un agitador magnético a 90 °C durante 3 h hasta su completa disolución. A continuación, se mezclan la solución de PVA y la solución de quitosano y se añaden 0,5 g de polvo de CNP. La mezcla se mezcla uniformemente con un dispositivo de ultrasonidos. Esto constituye la preparación de la presolución de hidrogel.

Proceso de fabricación de hidrogel de CPC.

Luego, se añaden 625 µl de solución de glutaraldehído a la solución mixta de quitosano/PVA-CNP como reticulante. La solución se moldea y se precongela en el frigorífico a -20 °C durante 24 h. Se utiliza un liofilizador para liofilizar la muestra durante 24 h hasta su total deshidratación. Finalmente, la muestra de hidrogel obtenida se hincha completamente para realizar la prueba.

El tratamiento de la superficie elimina la estructura obstruida de la superficie del material después del tratamiento de liofilización, lo que permite que la tubería hidrofóbica entre en contacto directo con el aire y mejora la eficiencia de la evaporación.

Se utiliza una amoladora eléctrica para pulir las superficies superior e inferior del hidrogel de CPC seco, con una profundidad de pulido longitudinal de 0,5 mm en cada lado. Después de la molienda, el hidrogel se sumerge en agua y se prueba la eficiencia de la evaporación después de absorber completamente el agua.

La morfología y microestructura de las muestras se examinan mediante microscopía electrónica de barrido (SEM, Supra 25) bajo un voltaje de aceleración de 5 kV. El ángulo de contacto se caracteriza por el medidor de ángulos de contacto SINDIN SDC-350. Los espectros de reflectancia de 0,3 a 2,5 µm se miden mediante un espectrofotómetro Jasco V770 equipado con una esfera integradora Jasco ISN-923 con un ángulo fijo de 6°. Las imágenes infrarrojas se toman con una cámara térmica FLIR A655C con una lente de 25° y una resolución de 640 × 480.

El evaporador de hidrogel CPC presenta una estructura esponjosa similar a una esponja. Después de sumergirse completamente en agua, presenta un rendimiento de absorción de agua uniforme. Cada unidad dentro de la estructura es consistente en términos de tasa y cantidad de absorción de agua. La muestra es blanda y tiene buena tenacidad, ya que se puede apretar y recuperar su forma original. Las imágenes SEM del hidrogel CPC se muestran en la Fig. 4a. El hidrogel CPC tiene un canal de agua interno uniforme, lo que lo convierte en un material adecuado para un evaporador de agua casi ideal.

(a) Imágenes SEM de una muestra de hidrogel de CPC. (b) Ángel de contacto de la muestra de hidrogel de CPC. (c) Absorción de luz de una muestra de hidrogel de CPC en rangos visible e infrarrojo. (d) Proceso de humectación del hidrogel con estructura de cúpula y curva de peso de la muestra.

A medida que el agua se evapora, el hidrogel de CPC absorbe la luz solar y la convierte en energía térmica debido principalmente a la alta absorción fototérmica de los CNP añadidos. Como tal, la absortividad espectral del material juega un papel crucial en el rendimiento de la evaporación; cuando la absorción espectral es alta, se puede absorber más luz solar, lo que da como resultado más energía térmica disponible para la conversión fototérmica.

Se utiliza un espectrofotómetro Jasco V770 para caracterizar la transmitancia espectral y la reflectancia de una muestra de hidrogel de CPC. Su absorción de luz se calcula mediante \(A=1-TR\), aquí A representa la absorbancia, T representa la transmitancia y R representa la reflectancia. Como se muestra en la Fig. 4c, la muestra de hidrogel de CPC en el rango de longitud de onda de 0,3 a 2,5 µm logra una tasa de absorción de luz promedio de hasta el 98%. Mantiene una tasa de absorción de luz de casi el 98% en todo el rango de longitud de onda visible (0,4–0,83 µm). Los CNP desempeñan un papel vital en el proceso de absorción de luz y pueden absorber y convertir la mayor parte de la energía incidente, lo que mejora en gran medida la eficiencia de evaporación de este hidrogel. Por lo tanto, se puede concluir que el hidrogel preparado añadiendo CNP a una estructura de quitosano/PVA tiene una gran tasa de absorción de luz y es adecuado para ser el material absorbente de luz del evaporador.

La capacidad de absorción de agua también es un factor esencial que afecta la eficiencia de evaporación de los materiales. La absorción de agua de un material controla la cantidad de agua disponible para la evaporación como resultado de su capacidad para reabastecer agua a la evaporación. Los materiales superabsorbentes pueden absorber rápidamente agua de la capa de transporte de agua cuando su evaporación interna de agua mantiene suficiente agua interna y continúa evaporándose. Si el material no es lo suficientemente absorbente, no absorberá suficiente agua de la capa absorbente para sostener la evaporación posterior cuando se evapore la mayor parte del agua del material. Esta característica dejaría el material seco, terminando gradualmente la evaporación y reduciendo significativamente la eficiencia. Debido a la estructura porosa de la estructura de quitosano/PVA, se espera que tenga una alta absorción de agua. Esta expectativa se demuestra midiendo el ángulo de contacto y el proceso de absorción de agua.

El ángulo de contacto es el ángulo formado entre la interfaz líquido-vapor y la superficie sólida cuando el líquido cae sobre la superficie sólida, lo que indica la hidrofilicidad y humectabilidad del objeto. En términos generales, para un sólido que absorbe agua, el fenómeno dinámico de que el ángulo de contacto cambia cuando el líquido cae sobre la superficie, el rango se reduce gradualmente desde el ángulo de contacto máximo hasta el ángulo de contacto mínimo, lo que refleja la velocidad de absorción de agua del material. . En este experimento, se deposita una gota de agua sobre la muestra de hidrogel completamente empapada y se capturan imágenes con una cámara de alta velocidad que ilustra el cambio del ángulo de contacto en el proceso de absorción.

Se puede encontrar que el hidrogel CPC absorbió el agua al capturar las imágenes tan pronto como cayó sobre la superficie, como se muestra en la Fig. 4b. El ángulo de contacto cae a 0 grados en 5 ms y apenas se puede observar el proceso de absorción. Este fenómeno indica que la superficie del hidrogel tratado es completamente hidrófila y tiene una excelente absorción de agua. Este resultado experimental demuestra que esta muestra puede absorber agua continuamente de la capa de transporte de agua y mantener el proceso continuo de evaporación en el proceso de evaporación.

La prueba de absorción de agua de la muestra de hidrogel registra el proceso de absorción de agua de la muestra deshidratada. En este experimento, se prueba una muestra seca con una estructura semiesférica. Para facilitar la observación de la infiltración de humedad, sólo se pule la superficie inferior en contacto con el agua. Se sumerge una muestra deshidratada en un recipiente de vidrio lleno de agua y se registra su peso cada 15 s hasta que se estabiliza, momento en el que se considera que está completamente húmeda.

Como se muestra en la Fig. 4d, la muestra se humedece gradualmente desde el centro, siendo la estructura del hemisferio en la parte superior la última parte en saturarse. El tiempo total de remojo es de unos 15 min. La muestra seca pesa 6,5 ​​g y experimenta un aumento gradual de peso antes de alcanzar un valor convergente, lo que indica que la muestra completamente húmeda pesa alrededor de 20,2 g. La tasa de hinchamiento de la muestra se calcula mediante \(ESR={W}_{S}/{W}_{D}\), aquí la ESR representa la tasa de hinchamiento de equilibrio. WS representa la masa del hidrogel después del equilibrio de hinchamiento y WD representa la masa del hidrogel seco.

La ESR de esta muestra es 3,10, lo que muestra que la muestra tiene una excelente humectabilidad interna. Según los resultados experimentales anteriores, está totalmente respaldado que esta muestra es adecuada como material absorbente de luz dentro de un sistema de desalinización porque puede absorber agua continuamente de la capa de transporte de agua y mantener una evaporación continua.

Se utiliza una lámpara simuladora solar en el laboratorio para simular una iluminación solar (1000 W m-2) en la prueba de tasa de evaporación. Al mismo tiempo, se utiliza una balanza electrónica para registrar los cambios de masa del sistema de evaporación en tiempo real. La temperatura ambiente es de 25 °C y la humedad del 30%. El entorno simulado se muestra en la Fig. 5.

Esquema de simulación solar y sistema de desalinización de agua impulsado por energía solar.

El peso reducido del agua en la báscula electrónica es la cantidad de agua que se evapora mediante la energía fototérmica del absorbente de luz. Esto también representa la cantidad de agua contaminada que se purifica a través de este dispositivo desalinizador.

En este experimento, se selecciona como objeto experimental una unidad que incluye un hemisferio en la muestra de hidrogel CPC con cúpula. De la muestra de hidrogel se toma una muestra cuadrada con una longitud de lado de 20 mm. Se utiliza una amoladora eléctrica para pulir sus superficies superior e inferior. Simultáneamente, se demuestra un sistema optimizado con una depresión cuadrada en el medio de la capa de aislamiento térmico que coincidía con el tamaño de la muestra (Fig. 6a). La muestra se coloca en el sistema y el cambio de peso del sistema se registra en el plazo de una hora bajo iluminación solar.

(a) Sistema de evaporación con una unidad de muestra de hidrogel hemisférico y la unidad de prueba de hidrogel hemisférico. (b) Imágenes térmicas infrarrojas de la superficie superior de una muestra de hidrogel hemisférica durante el proceso de calentamiento. (c) Cambio de masa de agua en el sistema bajo una intensidad de iluminación solar. (d) Cambios de masa de agua con una muestra de hidrogel dispuesta en un domo y con una muestra plana regular bajo una iluminación solar.

Durante el experimento, se utiliza una cámara infrarroja para registrar el proceso de calentamiento de la muestra bajo la luz y se estudia la temperatura máxima y la distribución de temperatura de la superficie de la muestra. Las imágenes térmicas infrarrojas se muestran en la Fig. 6b. La temperatura inicial de la muestra se fija a temperatura ambiente (20 °C). Después de aproximadamente 10 min, la temperatura alcanza la estabilidad. En este momento, la temperatura máxima de la superficie de la muestra es 59,4 °C. La temperatura en la parte superior de la estructura hemisférica es ligeramente más baja que en la parte plana, alrededor de 53 °C.

Debido a la estructura hemisférica, el espesor de la muestra de hidrogel de CPC aumenta en comparación con el de la muestra plana, por lo que el proceso de calentamiento es más lento que en experimentos anteriores y la eficiencia de la evaporación también se ve afectada. La tasa de evaporación en este proceso aumenta a medida que el evaporador se acerca a una temperatura estable, al igual que la eficiencia de la evaporación. Una vez que la temperatura alcanza el equilibrio, la tasa de evaporación también alcanza un estado estable. Este cambio en la tasa de evaporación de baja a alta debido al cambio de temperatura también se refleja en la curva de cambio de peso del agua en la Fig. 6c. Por esta razón, en el cálculo de la tasa de evaporación sólo se consideran los datos registrados después de alcanzar una tasa de cambio de masa relativamente estable. Como tal, se eligieron los últimos 30 minutos del experimento para calcular la tasa de evaporación en el proceso de evaporación estabilizada. Se calcula que el rendimiento de evaporación del sistema es de 3,80 kg m-2 h-1 basado en una superficie de muestra de 400 mm2 (20 mm × 20 mm).

En una estructura estándar de doble capa, el comportamiento de evaporación de los hidrogeles se puede utilizar para evaluar la disponibilidad del material para la desalinización básica de agua de mar. Por lo tanto, en este experimento se evalúa la eficiencia de colocar hidrogeles cilíndricos planos en un sistema de evaporación estándar de doble capa. El cambio en la masa de agua debido a la evaporación se registra durante una prueba de 1 h bajo una intensidad de luz solar, como se muestra en la Fig. 6d. El peso total del agua evaporada es 1,95 gy el área superficial de la muestra de hidrogel es 8,55 cm2. A partir de esto se determina una tasa de evaporación de 2,28 kg m-2 h-1.

En el sistema de evaporación optimizado, la tasa de evaporación de las muestras con el hidrogel con cúpula aumenta en aproximadamente un 66,7% con respecto a la del sistema normal de doble capa (sin hidrogel con cúpula y sin estructura de charco diminuto). Esto demuestra plenamente que se proporciona espacio de evaporación para agua adecuada con el aumento de la superficie de evaporación, y el rendimiento de la evaporación mejora considerablemente.

En los dispositivos de evaporación solar es necesario evitar la acumulación de sal durante el proceso de evaporación. El proceso de disolución de la sal en la superficie de la muestra se muestra en la Fig. 7. Demuestra la capacidad de la muestra de hidrogel para drenar la sal. Al entrar en contacto con el agua, el NaCl sólido de la capa superior comienza a disolverse debido al movimiento y al intercambio de la solución dentro de la capa absorbente y al sistema de suministro de agua presente en la superficie del dispositivo y debajo de la capa aislante. Después de aproximadamente 6 h, el dispositivo de triple capa eliminó completamente la sal, lo que demuestra su buena capacidad de eliminación de sal.

El progreso del rechazo de sal del dispositivo de evaporación basado en hidrogel de quitosano/PVA en forma de cúpula.

En este trabajo, se ha estudiado un sistema de evaporación de agua impulsado por energía solar basado en hidrogel de quitosano/PVA en forma de cúpula. Este sistema realiza el calentamiento y la evaporación del agua aprovechando la energía solar, lo que genera vapor con un bajo costo energético y proporciona un nuevo material para la adquisición de agua dulce. En el diseño del sistema se propone por primera vez una estructura de microcharcos basada en un sistema de evaporación de doble capa. Se estudia una muestra de hidrogel con una estructura de cúpula, expandiendo la estructura del hidrogel de una geometría 2D a una geometría 3D, lo que proporciona un área de evaporación más grande para el evaporador. Mientras tanto, el rendimiento superior de absorción de luz de los CNP y la estructura de poros internos del material de hidrogel permiten que el sistema absorba más energía solar y logre una mayor eficiencia de evaporación a través de la estructura en forma de cúpula. Al optimizar los parámetros geométricos, se logra un aumento de la estructura regular de doble capa a la estructura de charco diminuto con un absorbente de hidrogel en forma de cúpula en la tasa de evaporación de ~ 66,7 % con respecto al sistema sin hidrogel 3D ni charco. Estas ideas innovadoras optimizan las estructuras tradicionales y pueden dar como resultado plantas desalinizadoras más eficientes y menos costosas, lo que representa un salto significativo en la recolección de energía renovable y el tratamiento del agua para las sociedades humanas en desarrollo.

Los autores declaran que los datos principales que respaldan los hallazgos de este estudio están contenidos en el artículo. Todos los demás datos relevantes están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Este proyecto cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias a través del número de subvención CBET-1941743.

Departamento de Ingeniería Mecánica e Industrial, Northeastern University, Boston, MA, 02115, EE. UU.

Minyue Zhu, Xiaojie Liu, Yanpei Tian, ​​​​Andrew Caratenuto, Fangqi Chen y Yi Zheng

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Minyue Zhu: Conceptualización, Metodología, Validación, Escritura. Xiaojie Liu, Yanpei Tian: Metodología, Escritura - revisión y edición. Fangqi Chen, Andrew Caratenuto: Validación, Escritura - revisión y edición. Yi Zheng: Supervisión, Escritura - revisión y edición.

Correspondencia a Yi Zheng.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Zhu, M., Liu, X., Tian, ​​Y. et al. Evaporador solar a base de hidrogel de quitosano/PVA en forma de cúpula para generación de vapor. Representante científico 12, 4403 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08589-z

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Recibido: 02 de octubre de 2021

Aceptado: 01 de marzo de 2022

Publicado: 15 de marzo de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-08589-z

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