科学者が霧の採取と水処理を並行して行う方法を開発

霧の収穫は、湖や川のない地域に新たな淡水源を提供しますが、水が不足することが多い都市中心部では、大気汚染というさらなる課題があります。 今回、研究者らは霧から水を収集し、有害な汚染物質を除去する簡単な方法を開発しました。これは、世界中の何百万人もの人々に安全な飲料水へのアクセスを提供するのに役立つ可能性があります。

Nature Sustainability誌で今日報告されたように、研究者らは、特殊な太陽光発電コーティングを施したナノ加工されたスチールメッシュがどのようにして霧から水滴を収集し、水を処理して安全に飲めるようにするかを実証した。 二酸化チタンのナノ粒子からなるポリマーであるこのコーティングは、太陽光にさらされると反応性を維持し、雨の日も晴れの日も汚染を除去する独特の能力を持っています。

カリフォルニア大学バークレー校の機械工学助教授で主任研究者のトーマス・シュツィウス氏によると、水を収集して処理するこの完全に受動的でハイブリッドなアプローチは「この分野では初」だという。 以前はチューリッヒ工科大学で助教授を務めており、この研究の大部分はそこで完了しました。

「私たちは水の採取によって、必要な場所に飲料水を作るという問題を解決したいと考えていますが、同時に都市中心部の大気汚染の問題も抱えています」とシュツィウス氏は言う。 「答えは並行処理であると私たちは考えています。そこで私たちの目標は、受動的でありながら、水を収集し、汚染の一部、特に有機汚染を除去できるフォグコレクターを開発することでした。」

終日、全天候対応のソリューション

研究者らは長年にわたり、霧から微細な水滴を効率的に採取する受動的システムを開発してきました。多くの場合、ナノスケールの織ったメッシュの大きな垂直フェンスが使用されます。 しかし、この以前の研究は汚染されていない霧に焦点を当てていました。 都市や工業環境、さらには風下地域でも、霧の飛沫が危険なレベルの有機汚染物質で汚染される可能性があり、その多くは癌やその他の深刻な健康問題に関連しており、集められた水は安全に飲めなくなります。

トーマス・シュツィウス氏、カリフォルニア大学バークレー校機械工学助教授。

捕らえられた霧の水滴からこれらの汚染物質を除去するために、研究者らはポリマーコーティングに注目しました。 主著者であるマックス・プランク高分子研究所の科学者でチューリッヒ工科大学の客員研究員であるリトウィック・ゴーシュ氏は、光触媒活性のある金属酸化物ナノ粒子を含むメッシュコーティングを使用することで、限定的な程度ではあるが汚染霧を処理できることを以前に発見していた。二酸化チタンなど。

このようなコーティングは太陽光にさらされると反応性が高まり、霧滴中の汚染分子が無害な物質に分解され、収集された水を安全に飲めるようになります。 しかし、これらのコーティングは、その効果を発揮するためにアクティブかつ継続的な紫外線ランプの照射を必要とし、有機汚染物質を効果的に処理する能力を妨げていました。

この最新の研究で、シュツィウスとゴーシュは処理を完全に受動的なものにするために次のステップを踏みました。ナノ粒子コーティングを最適化して、UV 光に 24 時間曝露することなく水を処理し続けることができるようにしました。

「ここで重要なのは、晴れているときに表面を反応性にすることができ、霧や曇りのときでも反応性を維持できるということです。ほぼ容量性のような挙動を示します」とシュツィウス氏は述べ、反応性コーティングの電荷を蓄積する能力について説明した。バッテリーを搭載しているため、天候や時間帯に関係なく効果的に水を処理することができます。

治療に優れている

この研究の一環として、研究者らは親水性と疎水性の 2 種類のコーティングをテストしました。 どちらも水の収集に関しては同様に優れた性能を発揮しましたが、親水性バージョンは処理において優れていました。

親水性コーティングは水を引き付けるため、集められた水滴はメッシュに沿って薄い膜を形成し、汚染物質の分子がメッシュの反応性コーティングに遭遇する前に短い距離を移動することができ、汚染物質の分解が引き起こされます。 逆に、疎水性または撥水性のコーティングにより、水がメッシュ上の厚い層に蓄積され、汚染粒子が反応性表面に到達するまでにより多くの時間を必要とします。