Utveckling av robusta PPy-baserade fototermiska membran med dubbel funktion för simultan utvinning av färskvatten och salt

Att omvandla solljus till dricksvatten och användbart salt

Miljarder människor bor i områden där rent vatten är knapphändigt, samtidigt som hav och salta avloppsvatten finns runt oss. Denna studie undersöker en ny typ av tygbaserat membran som endast med hjälp av solljus framställer färskt vatten från salta eller förorenade källor, samtidigt som värdefulla salter återvinns i stället för att slängas. Metoden syftar till att minska energianvändning, sänka kostnader och reducera flytande avfall och erbjuder en praktisk väg mot renare vatten och smartare resursanvändning.

En enkel väv som dricker solljus

Kärnan i arbetet är en tunn, mörk beläggning gjord av en ledande plast kallad polypyrrol (PPy), fäst på vanliga polyestertextilier. När solljus träffar PPy absorberar materialet starkt över ett brett spektrum och omvandlar ljuset till värme mycket effektivt. Forskarna använde en lösningsmedelsfri metod kallad kemisk ångdepositionspolymerisation för att bilda ett enhetligt PPy-skikt på antingen vävt eller icke-vävt tyg. Smart nog är endast ovansidan av tyget belagd, medan undersidan hålls hydrofil så att den kan föra upp vatten från underlaget medan den mörka ovansidan vänder sig mot solen och värms upp. Denna design håller vattnet i ständig cirkulation till den varma ytan samtidigt som material- och kemikalieanvändningen minimeras.

Fininställning av receptet för maximal uppvärmning

För att bygga PPy-skiktet testade teamet flera oxiderande medel — kemikalier som startar polymerisationen — inklusive järn(III)klorid, kopparklorid, ammoniumpersulfat, kaliumpermanganat och natriumdikromat. Genom att variera deras koncentration och den mycket lilla mängden pyrrolmonomer som användes fann de villkor som skapade en kontinuerlig, kolsvart PPy-hinna på fibrerna. Mikroskopi visade att de belagda fibrerna utvecklade en grov, fint texturerad yta som reducerar ljusreflektion och hjälper till att fånga mer solenergi. Ljusspektrometri bekräftade att de bästa membranen absorberade mer än 94% av inkommande ljus från ultraviolett till infrarött, avsevärt mer än obehandlade tyger. Under ett solljus (motsvarande normalt middagssolintensitet) värmdes dessa optimerade membran snabbt upp till cirka 60–65 °C, betydligt varmare än det obelagda tyget.

Ökad avdunstning med en tunn het hinna

När dessa PPy-belagda tyger flöt på vatten och exponerades för simulerat solljus ökade de avsevärt vattenets avdunstningshastighet. Rent vatten utan membran avdunstade långsamt, cirka 0,22 kilogram per kvadratmeter och timme. Att lägga till obehandlat tyg tredubblade redan denna hastighet, men PPy-beläggningen ökade den ytterligare: upp till 0,95 kg m−2 h−1 för icke-vävt tyg behandlat med kopparklorid och 0,93 kg m−2 h−1 för vävt tyg behandlat med ammoniumpersulfat. Trots att endast mycket små mängder pyrrol användes uppnådde membranen en sol-till-värme-omvandlingseffektivitet på ungefär 57%. Under starkare, trefaldigt solljus — liknande koncentrerat solljus — drev det bästa membranet avdunstning upp till 2,91 kg m−2 h−1 samtidigt som det förblev stabilt över upprepade uppvärmningscykler.

Färskvatten ovanpå, kristaller vid kanten

Utöver att producera rent vatten är dessa membran utformade för att hjälpa till att återvinna salter som annars skulle bli avfall. När ytan värms och vatten övergår till ånga fångas den stigande ångan upp och kondenseras till nästan rent vatten, medan den kvarvarande lösningen blir mer koncentrerad. Eftersom PPy-ytan är hydrofob och grov bildas saltkristaller företrädesvis vid kanterna av avdunstningszonen i stället för att täppa igen den centrala heta ytan. I tester med natriumklorid, kopparsulfat och järnklorid vid realistiska havs- och saltlösningskoncentrationer bibehöll systemet höga avdunstningshastigheter och producerade synliga ringar av salt som enkelt kunde skördas. I en demonstration återvann ett membran som kördes på en 7% saltslösning 100% av det lösta saltet, med en saltsamlingshastighet på cirka 58,6 gram per kvadratmeter och timme, samtidigt som det fortsatt generera färskvatten.

Mot renare vatten utan kvarvarande vätska

I vardagliga termer visar denna forskning att ett lågkostnadsmaterial som liknar tyg kan omvandla solljus till både drickbart vatten och återanvändbart salt, utan behov av högtryckspumpar, komplex elektronik eller stora mängder kemikalier. PPy-belagda membran är robusta, tvättbara och kompatibla med verkliga saltlösningar och avloppsvatten, inklusive sura eller basiska strömmar. Eftersom de kan koncentrera saltigt avfall tills så gott som ingen vätska återstår, stöder de det ambitiösa målet "zero liquid discharge", där vatten återvinns och fasta ämnen återvinns i stället för att dumpas. Med ytterligare teknisk utveckling och uppskalning skulle sådana soldrivna membran kunna spela en nyckelroll i små, decentraliserade system som hjälper kustområden, jordbruk och industrier att säkra färskvatten samtidigt som de minskar föroreningar och avfall.

Citering: Mahmoud, M.T., Abdel-Ghafar, H.M., El-Sherif, A.A. et al. Development of robust dual functioning PPy-based photothermal membranes for simultaneous freshwater and salt harvesting. Sci Rep 16, 5945 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35812-y

Nyckelord: solavsaltning, fototermiskt membran, insamling av färskvatten, saltåtervinning, zero liquid discharge