Projekti / Programi
Razvoj mikroporoznih aluminofosfatnih ogrodij za pridobivanje pitne vode iz zraka s pomočjo sonca
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P360 |
Naravoslovno-matematične vede |
Anorganska kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
mikroporozni aluminofosfati, polyHIPE, ožemanje ozračja, vodna adsorpcija, difuzija vode
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
35379 |
dr. Andraž Krajnc |
Kemija |
Vodja |
2018 - 2020 |
111 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
20.942 |
Povzetek
Pridobivanje pitne vode iz zraka predstavlja ključen korak do zagotavljanja osnovnih življenjskih potreb za vsakega človeka, ne glede na to, kje se nahaja. Obstaja več načinov za to početje, med najbolj znanimi pa je zajemanje rose ob jutranjem sončnem vzhodu. Takrat se temperature spustijo pod temperaturo rosišča, zato se v namenskih lovilnih mrežah voda hitro utekočini. Na takšen način pa je mogoče zajemati vodo iz zraka le v območjih z visoko relativno vlažnostjo (RH ) 50 %), kjer je običajno že dovolj vode v obliki dežnih padavin in talnih voda. Rešitev za sušne predele je uporaba hidrofilnih mikroporoznih materialov. V njihovih porah se voda utekočini že pri precej nižji relativni vlažnosti (RH ( 10 %), za sprostitev ujete vode (desorpcijo) pa uporabimo sončno energijo. V nedavni raziskavi so pokazali, da je s kovinsko-organskimi poroznimi materiali mogoče dnevno zajeti 2,8 litrov vode na kilogram suhega materiala (pri RH = 20 %). V raziskovalnem projektu bomo izvedli sistematično študijo mikroporoznih aluminofosfatov, s katero bi utegnili dnevni izkoristek vodnega zajema premakniti še višje. V preteklih študijah smo namreč ugotovili, da imajo ti materiali izjemen potencial za shranjevanje oz. premeščanje toplote, ki deluje po podobnem principu kot zajemanje vode iz ozračja. Pri pripravi materialov je še veliko rezerv v smislu pospešitve procesov hidratacije-dehidratacije, kjer ima ključno vlogo kinetika adsorpcije-desorpcije. Z optimizacijo praškastih vzorcev (spreminjanje morfologije kristalov, uvajanje mezopor) bomo poskusili izboljšati znotraj-delčno difuzivnost vodne pare, z vgradnjo kristalov v polimerno matrico pa difuzijo med samimi delci. Kinetiko adsorpcije-desorpcije bomo opisali z empiričnimi relacijami, ki jih bomo uporabili pri računanju 24-urnega delovanja naprave za pridobivanje vode iz atmosferskega zraka. Na podlagi meteoroloških podatkov bomo izračunali dnevni izkupiček takšne naprave na najbolj vroč dan v letu 2018 za tri izbrane lokacije. Za neposredno primerjavo mikroporoznih aluminofosfatov z najboljšimi iz tega področja uporabe bomo izračunali dnevni izplen zajete vode tudi za pogoje, ki so jih uporabili v literaturi pri izračunu njihovih količin. S projektom želimo postaviti smernice za razvoj novih in izboljšanje zmogljivosti že obstoječih materialov/kompozitov za ožemanje ozračja.
Pomen za razvoj znanosti
Glavni cilj projekta je potrditev velikega potenciala mikroporoznih aluminofosfatov za zajemanje vode iz zraka. To bi utegnilo sprožiti optimizacijo (pocenitev) sinteznih poti prirave teh materialov ter razvoj in komercializacijo tehnologije. Rezultati študije vpliva morfologije kristalov in uvedbe mezopor na difuzijo gostujočih molekul skozi pore kristala bodo koristili vsem raziskovalcem, ki se ukvarjajo z razvojem in preučevanjem poroznih materialov za ločevanje/skladišlčenje plinov, čiščenje voda ter njihovo uporabo v katalizi, senzoriki itn. Znanstveno področje bo bogatejše tudi za nov način oblikovanja makroskopskih oblik iz anorganskih poroznih materialov (AlPO4/polimer kompoziti), ki s kombinacijo lastnosti polimerne matrice in anorganskih ogrodij odpira povsem nove raziskovalne razsežnosti in možnosti uporabe. Odkritja in spoznanja, ki niso predmet projektnih raziskav in bi jih lahko pridobili med raziskovalnim delom, pa bodo omogočala tudi usmeritev na druga aplikativna področja, ki jih bomo lahko dodatno raziskovali v novih projektih v prihodosti. Raznolikost metodologij, ki bodo uporabljene v projektu in združene v en sistem, zagotvaljajo rezultate, ki imajo lahko pomemben vpliv pri nadaljnjem razvoju novih anorganskih poroznih materialov in kompozitov.
Pomen za razvoj Slovenije
The main objective of the proposed project is to confirm the enormous potential of microporous aluminophosphates for water-harvesting applications. Its fulfillment would trigger the optimization of synthetic routes of these materials in order to make them less expensive and consequentially the development and commercialization of the technology. The revealed impact of crystal morphology and pore hierarchy on the intra-crystalline diffusivity will be beneficial to everyone involved in the development of porous materials for gas separation/storage, water purification, catalysis, sensing, etc. The scientific field will be additionally enriched by the new approach of the shaping of inorganic porous materials into macroscopic forms (AlPO4/polymer composites). The combination of the properties of both the polymer matrix and the inorganic frameworks opens completely new research possibilities and potential applicability. The scientific discoveries that are not the subject of the project research could also be obtained during the research work. This will allow us to focus on other application areas, which will be further explored in new projects in the future. The diversity of methodologies that will be used in the project and combined into one system will provide results that can have a significant impact on the further development of new inorganic porous materials and composites.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
