太陽光だけを使って汚染水を浄化する新発明

飲料水は私たちが生きていくための重要な要素です。入浴や飲酒など、私たちの日常生活に欠かせないものです。それは需要が増大している有限の資源ですが、残念なことに誰もがそれにアクセスできるわけではなく、最も貧しいコミュニティが最も影響を受けています。

今日、主に世界人口の増加と淡水源の汚染により、きれいな水を提供することが大きな課題となっています。ユニセフ（国連児童基金）によると、 20億人以上が水の供給が不十分な国に住んでおり、早ければ2025年には世界人口の半分が水不足の地域に住む可能性があります。

代替手段を探して、何人かの科学者が集まり、水を飲まずに生活している人々のニーズを満たす、迅速かつ低コストの解決策を開発しました。

最近、米国のプリンストン大学の研究者らは、太陽の熱によって汚染水をきれいな水に変えるヒドロゲルを作成しました。この発明は、ACS Central Science 誌に論文として掲載されました。

彼らはこの装置を「ヘチマからインスピレーションを得た太陽光吸収ジェル」と呼んでいます。これは、お風呂でスポンジとして使用されるヘチマの乾燥した核をベースにしているためです。著者らによれば、この着想はヒドロゲルの細孔構造を再構成して、より速い水輸送を促進し、従来のヒドロゲルの最も制限的な欠点を克服するのに役立ったという。

天然のヘチマには、大きく開いた相互につながった孔があり、この構造のおかげで、大量の水を非常に素早く吸収できます。このようにして、ヒドロゲルはその構造を模倣し、水が入ると汚染物質を濾過します。

新しいヒドロゲルは、エチレングリコールと水の混合物を重合媒体として使用し、水性処理によって室温で製造され、これによりヘチマの特徴が得られます。人間の毎日のニーズを満たすのに十分な水を浄化することができます。

ゲルは、熱に敏感な材料であるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)として知られるポリマーで構成されています。熱にさらされると、親水性（水を引き付ける）状態から疎水性（水をはじく）状態に変化します。これにより、水を素早く大量に放出できます。

これが起こると、5 分以内にほとんどの水が排出され、化学染料、マイクロプラスチック、油などの液体中の小さな汚染物質が材料のポリマーマトリックスに捕捉され、水がきれいになります。

研究者らは、このヒドロゲルが室温で水を吸収し、加熱すると10分以内に貯蔵された水の約70％を放出することを実証しました。これは他の吸収性ゲルの4倍です。光強度が低い場合、ヒドロゲルが同量の水を放出するのに 15 ～ 20 分かかりました。

研究者らは、自分たちの発明が、インフラストラクチャーのない世界の地域で汚染水を浄化するための、シンプルかつ効率的かつ持続可能な方法であると信じている。

当初、彼らは個人家庭用の小型バージョンを想像していました。しかし彼らは、このデバイスが産業レベルで使用されることを望んでいます。 「私たちは大規模なスケールで考えたいと思っています」と化学技術者で研究論文の共著者であるXiaohui Xu氏はウェブサイトInverseのインタビューで語った。

「将来的には、私たちのゲルは家庭用水浄化のための魅力的な選択肢になるように拡張することができます。短期的には、大惨事や緊急事態において、電気に頼らずに豊富なきれいな水を供給するために使用できる可能性がある」と研究の著者であるロドニー・プリーストリー教授は付け加えた。

彼らはまた、染料などの有害な分子を分解できるようにゲルの機能を改善したいと考えており、おそらく海水から塩を濾過して飲用にできるバージョンも開発したいと考えている。