Polyzwitteriontový hydrogel. Kredit: Lei et al. (2022).

Na mnoha místech světa mají problém s pitnou vodou. Ironií přitom je, že v okolním vzduchu bývá značné množství vody. Za normálních okolností je ale tahle voda jen velmi obtížně dostupná. K využití vzdušné vody potřebujete nějakou důmyslnou technologii. Tým americké University of Texas at Austin vyvinul „slaný“ hydrogel, který vytěží spoustu pitné vody i ze vzduchu, který je do značné míry suchý.

Guihua Yu. Kredit: University of Texas at Austin.

Jak už jejich název napovídá, hydrogely jsou plné vody. Přesto ale mohou, za jistých okolností, pohltit další spousty vody. Jejich potenciálně excelentní schopnost absorpce již využívají některá zařízení. Došlo i na pokusy využít hydrogely při těžbě vody ze vzduchu, ale ukázalo se, že výsledný proces je obvykle pomalý a nepříliš efektivní. Řešením by mohlo být přidání hygroskopických solí do hydrogelu, ale těmto solím se do struktury hydrogelu obvykle moc nechce.

Guihua Yu a jeho spolupracovníci vyvinuli nový postup, kterým je možné účinně obohatit hydrogel hygroskopickými solemi. Klíčové bylo použití polymerů, které jsou postavené ze zwitteriontů, tedy molekul, co ve své struktuře obsahují dílčí kladné a záporné náboje, zatímco jejich výsledný náboj je nulový. Právě díky zwitteriontům udrží hydrogel molekuly hygroskopických solí mnohem snadněji. Výsledný hydrogel velice účinně těží vodu ze vzduchu.

Logo. Kredit: University of Texas at Austin.

Těžba vody představuje proces, který zahrnuje cyklus absorpce a separace. Nový hydrogel s hygroskopickými solemi je nejprve hodinu vystaven okolnímu vzduchu, aby mohl nasávat obsaženou vodu. Pak je hydrogel vysušen v kondenzoru, který oddělí polapenou vodu, a cyklus se vrací na začátek. Testy ukázaly, že i mnoho opakování uvedeného cyklu lapání vody a vysoušení hydrogelu nemá na fungování materiálu znatelný vliv.

Hydrogel s hygroskopickými solemi si v experimentech vedl skvěle. Vědci s ním dokázali vytěžit 5,87 litrů pitné vody na 1 kilogram materiálu za den, když měl okolní vzduch vlhkost 30 procent. To je jeden z nejlepších výsledků vůbec pro srovnatelná zařízení, včetně těch s porézními kovoorganickými materiály MOF (Metal-Organic Framework). Po dotažení vývoje by zwitteriontový hydrogel mohl být velmi užitečný pro zásobování lidí vodou v suchých a chudých oblastech.

Video: 2021 O'Donnell Award in Engineering: Guihua Yu, Ph.D.

Literatura

New Atlas 1. 3. 2022.

Angewandte Chemie online 28. 1. 2022.