Кипяток из стружки
Соответствующая работа опубликована в журнале ACS NANO, одном из 40 журналов, выпускаемых Американским химическим обществом (ACS). Общество было основано в 1876 году в Нью-Йоркском университете 35 химиками и в настоящее время насчитывает более 164 000 членов.
Входящие в ACS доктор наук Наоми Халлас и профессор Питер Нордлендер вместе с коллегами из Университета Уильяма Марша Райса в Хьюстоне исследовали воздействие светового излучения на металлическую стружку.
Оказалось, что наночастицы металла, ширина которых в 1000 раз меньше толщины человеческого волоса (приблизительно 40 нанометров), поглощают большое количество световой энергии, что заставляет их быстро нагреваться до высоких температур.
Исследования показали, что если частицы металла смешать с водой и сфокусировать на ней солнечный свет, то раствор достигает точки кипения при нормальном атмосферном давлении за считанные секунды. Время зависит от интенсивности потока света. Каждая частица в растворе при нагревании формирует нанопузырек пара, который отрывается от частицы и всплывает на поверхность жидкости. Процесс визуально мало чем отличается от обычного кипения воды в кастрюле.
Таким способом можно производить не только водяной пар, но и дистиллировать спирт, получая очищенный этанол.
Для повышения эффективности процесса наночастицы металла замещают диоксидом кремния или золотом. Пузырьки пара начинают образовываться в промежутке от 5 до 20 секунд после начала облучения. Любопытно, что если добавить наночастицы золота в обычную воду, то количество выпаренного спирта будет больше, чем при выпаривании обычным кипячением
Энергоемкость процесса впечатляет: 82% поступающей солнечной энергии поглощается наночастицами, а в целом энергетическая эффективность парообразования составляет 24% - и это без какой-либо оптимизации процесса.
Способность частиц выделять энергию при облучении применима в области фототермальной обработки некоторых видов рака, лазерном индуцированнии (усилении) медицинских препаратов и изучении свойств биологических наночастиц.
"Это исследование открыло революционные методы использования наночастиц в солнечной энергетике", - рассказывает профессор химии и биохимии Калифорнийского университета (UCLA) Пауль Вейс, главный редактор журнала ACS NANO. Авторы проекта доказали, что солнечный свет можно использовать для более экономичного получения пара, чем метод обычного нагрева жидкости до кипения.
Разработка может быть очень полезна обществу, например, с помощью нее можно опреснять и очищать воду, создавать компактные солнечные источники пара для стерилизации и поддержания нормальных санитарных условий в малообеспеченных водой районах.
В том числе метод является менее энергоемким способом дистилляции спирта".
На данный момент разработка применяется для создания компактной установки по очистке питьевой воды. В ближайшем будущем планируется создать компактные устройства для дистилляции сточных вод, поскольку в процессе могут быть задействованы растворы, различные по своему составу. Авторы считают, что мощности струй пара будет достаточно для того, чтобы привести в движение турбину, так что новую технологию можно применять и в энергетике.