Un nouveau matériau développé par des ingénieurs présente une absorption de vapeur "record"

Les ingénieurs du MIT ont synthétisé un matériau superabsorbant able d’absorber une quantité report d’humidité de l’air, même dans des circumstances désertiques.

Comme le matériau absorbe la vapeur d’eau, il peut gonfler pour faire put à furthermore d’humidité. Même dans des disorders très sèches, avec une humidité relative de 30 %, le matériau peut extraire la vapeur de l’air et retenir l’humidité sans fuite. L’eau pourrait alors être chauffée et condensée, puis collectée sous forme d’eau ultra pure.

Le matériau clear et caoutchouteux est fabriqué à partir d’hydrogel, un matériau naturellement absorbant qui est également utilisé dans les couches jetables. L’équipe a amélioré la capacité d’absorption de l’hydrogel en l’infusant avec du chlorure de lithium, un kind de sel connu pour être un déshydratant puissant.

Les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient infuser l’hydrogel avec as well as de sel que ce qui était feasible dans les études précédentes. En conséquence, ils ont observé que le gel chargé de sel absorbait et retenait une quantité d’humidité sans précédent, dans une gamme de niveaux d’humidité, y compris des conditions très sèches qui ont limité d’autres conceptions de matériaux.

S’il peut être fabriqué rapidement et à grande échelle, le gel superabsorbant pourrait être utilisé comme collecteur d’eau passif, en particulier dans les régions désertiques et sujettes à la sécheresse, où le matériau pourrait absorber en continu la vapeur, qui pourrait ensuite être condensée en eau potable.. Les chercheurs envisagent également que le matériau puisse être adapté aux unités de climatisation en tant qu’élément de déshumidification économe en énergie.

“Nous avons été indépendants des programs, dans le sens où nous nous concentrons principalement sur les propriétés fondamentales du matériau”, explique Carlos Díaz-Marin, étudiant diplômé en génie mécanique et membre du Unit Analysis Lab du MIT. “Mais maintenant, nous explorons des problèmes très différents, comme comment rendre la climatisation moreover efficace et remark vous pouvez récupérer l’eau. Ce matériau, en raison de son faible coût et de ses hautes performances, a tellement de potentiel.”

Díaz-Marin et ses collègues ont publié leurs résultats dans un short article paru aujourd’hui dans Sophisticated Products. Les co-auteurs de l’étude au MIT sont Gustav Graeber, Leon Gaugler, Yang Zhong, Bachir El Fil, Xinyue Liu et Evelyn Wang.

“Le meilleur des deux mondes”

Dans le Gadget Research Lab du MIT, les chercheurs conçoivent de nouveaux matériaux pour résoudre les problèmes mondiaux d’énergie et d’eau. En recherchant des matériaux qui peuvent aider à récolter l’eau de l’air, l’équipe s’est concentrée sur les hydrogels – des gels glissants et extensibles qui sont principalement fabriqués à partir d’eau et d’un peu de polymère réticulé. Les hydrogels sont utilisés depuis des années comme matériau absorbant dans les couches auto ils peuvent gonfler et absorber une grande quantité d’eau lorsqu’ils entrent en get hold of avec le matériau.

“Notre problem était, comment pouvons-nous faire en sorte que cela fonctionne aussi bien pour absorber la vapeur de l’air?” dit Diaz-Marin.

Lui et ses collègues ont fouillé dans la littérature et ont découvert que d’autres avaient expérimenté le mélange d’hydrogels avec divers sels. Certains sels, comme le sel gemme utilisé pour faire fondre la glace, sont très efficaces pour absorber l’humidité, y compris la vapeur d’eau. Et le meilleur d’entre eux est le chlorure de lithium, un sel capable d’absorber in addition de 10 fois sa propre masse en humidité. Laissé seul en tas, le chlorure de lithium pourrait attirer la vapeur de l’air, bien que l’humidité ne se concentre qu’autour du sel, sans aucun moyen de retenir l’eau absorbée.

Ainsi, les chercheurs ont tenté d’infuser le sel dans l’hydrogel, produisant un matériau qui pourrait à la fois retenir l’humidité et gonfler pour accueillir plus d’eau.

“C’est le meilleur des deux mondes”, déclare Graeber, qui est maintenant chercheur principal à l’Université Humboldt de Berlin. “L’hydrogel peut stocker beaucoup d’eau et le sel peut capturer beaucoup de vapeur. Il est donc intuitif que vous vouliez combiner les deux.”

Temps de chargement

Mais l’équipe du MIT a découvert que d’autres atteignaient une limite à la quantité de sel qu’ils pouvaient charger dans leurs gels. Les échantillons les additionally performants à ce jour étaient des hydrogels infusés avec 4 à 6 grammes de sel par gramme de polymère. Ces échantillons ont absorbé environ 1,5 gramme de vapeur par gramme de matériau dans des problems sèches de 30 % d’humidité relative.

Dans la plupart des études, les chercheurs avaient auparavant synthétisé des échantillons en trempant des hydrogels dans de l’eau salée et en attendant que le sel s’infuse dans les gels. La plupart des expériences se sont terminées après 24 à 48 heures, auto les chercheurs ont trouvé que le processus était trop lent et que peu de sel se retrouvait dans les gels. Lorsqu’ils ont testé la capacité du matériau résultant à absorber la vapeur d’eau, les échantillons se sont très peu absorbés, motor vehicle ils contenaient en premier lieu peu de sel pour absorber l’humidité.

Que se passerait-il si la synthèse matérielle était autorisée à se poursuivre, disons, pendant des jours, voire des semaines ? Un hydrogel pourrait-il absorber encore additionally de sel, si on lui laisse suffisamment de temps ? Pour y répondre, l’équipe du MIT a mené des expériences avec du polyacrylamide (un hydrogel courant) et du chlorure de lithium (un sel superabsorbant). Après avoir synthétisé des tubes d’hydrogel par des méthodes de mélange typical, les chercheurs ont découpé les tubes en disques minces et ont laissé tomber chaque disque dans une remedy de chlorure de lithium avec une focus en sel différente. Ils ont sorti les disques de la option chaque jour pour les peser et déterminer la quantité de sel qui avait infusé dans les gels, puis les ont remis dans leurs answers.

Au closing, ils ont constaté qu’en effet, avec additionally de temps, les hydrogels absorbaient furthermore de sel. Après trempage dans une answer salée pendant 30 jours, les hydrogels en ont incorporé jusqu’à 24, contre le précédent history de 6 grammes de sel par gramme de polymère.

L’équipe a ensuite soumis divers échantillons de gels chargés de sel à des tests d’absorption dans une gamme de problems d’humidité. Ils ont constaté que les échantillons pouvaient gonfler et absorber plus d’humidité à tous les niveaux d’humidité, sans fuite. Plus particulièrement, l’équipe rapporte que dans des conditions très sèches de 30% d’humidité relative, les gels ont capturé un “report” de 1,79 gramme d’eau par gramme de matériau.

“Tout désert pendant la nuit aurait cette faible humidité relative, donc en théorie, ce matériau pourrait générer de l’eau dans le désert”, explique Díaz-Marin, qui cherche maintenant des moyens d’accélérer les propriétés superabsorbantes du matériau.

“La grande shock inattendue a été qu’avec une approche aussi basic, nous avons pu obtenir l’absorption de vapeur la additionally élevée signalée à ce jour”, déclare Graeber. “Maintenant, l’accent sera mis sur la cinétique et la rapidité avec laquelle nous pouvons faire en sorte que le matériau absorbe l’eau. Cela vous permettra de recycler ce matériau très rapidement, de sorte qu’au lieu de récupérer l’eau une fois par jour, vous pourriez récolter de l’eau peut-être 24 fois par jour.”

Cette recherche a été soutenue, en partie, par l’Office américain de l’efficacité énergétique et des énergies renouvelables et le Fonds countrywide suisse de la recherche scientifique.