Китайские физики разработали мембрану из нанотрубок, которая резко ускоряет процесс испарения воды под действием солнечного света и тепла, что позволяет использовать ее для быстрого опреснения морской воды в засушливых и жарких регионах мира. Результаты первых опытов с этой установкой были опубликованы в статье в журнале Science Advances.

«Испарение воды требует больших количеств энергии, что само по себе ограничивает скорость работы солнечных опреснителей воды. Мы обнаружили, что пропускание воды через нанотрубки позволяет значительным образом ускорить этот процесс и сделать его более быстрым, чем это считалось возможным с точки зрения теоретических термодинамических расчетов», – пишут исследователи.

Это открытие было совершено группой китайских физиков под руководством профессора Нанкинского университета Гао Гуаньдао при изучении того, как ведут себя молекулы воды, помещенные внутрь углеродных нанотрубок. В таких условиях, как отмечают ученые, вода превращается в своеобразный «одномерный» объект, который принципиально отличается по физическим и химическим свойствам от обычной воды.

В частности, при попадании воды в нанотрубки резко снижается число водородных связей, которые соединяют ее молекулы друг с другом, а также с различными ионами, присутствующими в толще жидкости. Это, как предположили физики, потенциально может значительно ускорить испарение воды, так как на разрыв оставшихся водородных связей потребуется значительно меньше энергии.

Руководствуясь этой идеей, ученые изготовили мембрану из вертикально упорядоченных нанотрубок, которая активно поглощала воду с одной стороны, и отталкивала ее с противоположной поверхности. Ученые подобрали такие размеры пор в этой мембране, что внутри нее возникали одномерные цепочки из молекул воды, которые постоянно подвергаются действию солнечного света и тепла.

Работу этого прототипа опреснителя воды ученые проверили на пробах очень соленой морской воды, а также загрязненных сточных вод. Последующие наблюдения показали, что мембрана из нанотрубок испаряла воду с очень большой скоростью, порядка 1,5 килограмма в час на каждый квадратный метр ее поверхности, что превышает максимальные значения, допустимые с точки зрения теории термодинамики для обычной воды. Это позволяет использовать наномембраны для создания дешевых и высокоэффективных солнечных опреснителей, подытожили физики.