MIT مصنع رائد على السطح. توجد بلورات MOF تحت غطاء شفاف ، تسمح شفافية الشمس بتسخينها وإطلاق الماء المتراكم. يوجد مكثف أصفر وأحمر ، مغطى بقطرات الماء ، في أسفل الوحدة.لن تتمكن من عصر الماء من الحجر ، ولكن يمكنك الآن من سماء الصحراء ، بفضل جهاز جديد يستخدم ضوء الشمس لاستخراج بخار الماء من الهواء حتى في الرطوبة المنخفضة للغاية. يمكن للجهاز إنتاج حوالي 3 لترات من الماء يوميًا لكل كيلوغرام من مادة الامتصاص على شكل إسفنجة ، ويحتوي الباحثون على أن الإصدارات المستقبلية ستكون أفضل. وهذا يعني أن المنازل في المناطق الأكثر جفافاً في العالم قد يكون لديها قريبًا جهاز يعمل بالطاقة الشمسية يمكنها إنتاج كل المياه التي تحتاجها ، مما يستفيد منه مليارات الأشخاص.
13 تريليون لتر من الماء المذاب في الغلاف الجوي ، أي ما يعادل 10٪ من جميع المياه العذبة في بحيرات وأنهار كوكبنا. تم تطوير طرق مختلفة لالتقاط رطوبة الغلاف الجوي ، على سبيل المثال من الضباب ، كما تم استخدام جميع أنواع مزيلات الرطوبة كثيفة الاستخدام للطاقة - المكثفات. لكن كلا النهجين يتطلبان إما هواء رطبًا جدًا أو الكثير من الكهرباء.
بلورات مسامية MOF على الركيزةلإيجاد حل وقفة واحدة ، تحول الباحثون بقيادة عمر ياغي ، الكيميائي في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، إلى عائلة مساحيق بلورية تسمى الأطر العضوية المعدنية أو MOFs. تلقى ياهي أول بلورات مسامية من وزارة المالية تشكل شبكات مستمرة ثلاثية الأبعاد - منذ أكثر من 20 عامًا. تشكل الشبكات هياكل على طراز جمعيات الأطفال - مُنشئون من ذرات معدنية تعمل كمحاور ومركبات عضوية على شكل قضيب تربط المحاور ببعضها البعض. من خلال اختيار المعادن والمواد العضوية المختلفة ، يمكن للكيميائيين تغيير خصائص كل MOF من خلال التحكم في الغازات التي ترتبط به ، وكذلك قوة البلورة نفسها.
عمر يحيى ، على خلفية نماذج الهياكل البلورية المعدنية المسامية العضوية القادرة على جمع الماء من الهواء الجوي. إن اكتشاف يحيى متجذر في منتصف التسعينات من القرن الماضي.على مدى العقدين الماضيين ، قام الكيميائيون بتجميع أكثر من 20000 MOFs ، لكل منها خصائص التقاط جزيئي فريدة. على سبيل المثال ، طور ياهي وباحثون آخرون مؤخرًا MOFs ، التي تمتص الميثان ثم تطلقه ، كونه نوعًا من خزانات الغاز التي يمكن استخدامها في المركبات التي تعمل بالغاز الطبيعي.
في عام 2014 ، قام يحيى وزملاؤه بتجميع وزارة المالية ، والتي وجدت امتصاصًا ممتازًا للمياه حتى في الرطوبة المنخفضة. قاده هذا إلى الاتصال بالمهندس الميكانيكي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في كامبريدج ، إيفلين وانغ ، الذي عمل معه سابقًا في مشروع لاستخدام وزارة المالية في تكييف هواء السيارات. بعد تجميع MOF الجديد القائم على الزركونيوم ، المسمى MOF-801 ، التقى ياهي مع وانغ في MIT مع الاقتراح: "إيفلين ، نحتاج إلى تطوير جهاز جديد لجمع المياه". وأعطت موافقتها الثابتة.
الصورة المفاهيمية لوزارة المالية. النقاط الحمراء والسوداء في النموذج هي هياكل معدنية عضوية متماسكة معًا بأربطة سوداء - كتل البناء التي يربطها عمر يحيى بالإسفنج المسامي البلوري باستخدام تكوين كيميائي شبكي. تمثل الكرات الصفراء المسام التي يمكنها الاحتفاظ بجزيئات الماء.يحتوي النظام ، الذي أنشأته وانغ وطلابها ، على كيلوغرام ، بحجم قطعة من الغبار ، من بلورات MOF الموضوعة على صفيحة نحاسية مسامية رقيقة. توضع هذه اللوحة بين ممتص الطاقة الشمسية ومكثف الرطوبة وتقع داخل الحجرة. في الليل ، تفتح الغرفة ، مما يسمح للهواء المحيط باختراق مسام وزارة المالية ، بدورها ، تلتصق جزيئات الماء بالهياكل الداخلية للبلورة. وهكذا ، يتم جمع الماء عن طريق مجموعات جزيئية غريبة تتكون كل منها من ثماني مجموعات ، مكونة قطرات مكعبة. في الصباح ، تغلق الغرفة ، يخترق ضوء الشمس النافذة العلوية للجهاز لوحة MOF ، التي تطلق قطرات الماء نحو المكثف البارد عن طريق التبخر البسيط.
يؤدي اختلاف درجة الحرارة ، وكذلك الرطوبة العالية داخل الغرفة ، إلى تكثيف البخار في الماء ، الذي يدخل المجمع. قال فريق بيركلي ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لـ Science اليوم ، إن التركيب يعمل جيدًا لدرجة أنه يسحب 2.8 لترًا من الماء يوميًا لكل كيلوغرام من MOF المستخدم.
استنادًا إلى مواد من ناشري العلوم الشعبية الأجانب عبر الإنترنت
news.mit.edu newscenter.lbl.gov phys.org