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Reciclaje de residuos de frutas en un absorbedor solar MXene para desalinización de agua

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24-mar-2023 (Noticias de Nanowerk) Científicos del Instituto Nacional de Educación/Universidad Tecnológica Nanyang de Singapur desarrollaron un método para convertir desechos de frutas como cáscaras de coco, cáscaras de naranja y cáscaras de plátano en un absorbente solar hecho de MXeno para un proceso eficiente de desalinización de agua. Hemos informado sobre esta investigación en uno de nuestros Focos Nanowerk"Convertir los residuos de alimentos y plásticos en valiosos nanomateriales para aplicaciones energéticas“. Singapur produce más de 20,000 50 toneladas de desechos de frutas al año, la mayoría de los cuales provienen del sector de los jugos de frutas, que utiliza el 2022 % de la fruta pero descarta el resto como basura, como la cáscara de la fruta. Esto inspiró al Dr. Edison Ang. Él ve riqueza donde otros perciben desperdicio, ya que los desperdicios son recursos gratuitos que pueden usarse para crear productos valiosos, como MXene en este ejemplo. Un tipo de material conocido como MXene tiene excelentes capacidades de conversión de luz a calor y se puede utilizar para construir destiladores solares para el tratamiento del agua utilizando energía solar limpia y renovable. Este alambique solar puede hacerse portátil y configurarse fácilmente en áreas rurales con acceso limitado a la electricidad. Los desechos de frutas se usaron para crear materiales MXene a través de un proceso de carbonización de dos pasos, y estos materiales se emplearon para crear un absorbente solar en un alambique solar para la desalinización del agua. Este trabajo se ha presentado en la colección temática XNUMX Young Chemists en el Química: una revista europea (“Producción Sostenible de Carburo de Molibdeno (MXene) a partir de Residuos de Frutas para Mejorar la Evaporación Solar”). Convertir los residuos de alimentos y plásticos en valiosos nanomateriales para aplicaciones energéticas Resumen gráfico de la obra. (© Wiley-VCH Verlag) Las principales conclusiones del artículo son:
  • MXenes derivados de desechos de frutas demuestran una excelente eficiencia de conversión de luz a calor, con una tasa del 90%. Esto es casi un 30 % más alto que el del absorbedor solar comercial, lo que significa que es más eficaz para convertir la energía solar en energía térmica.
  • El uso de desechos de frutas como fuente de materia prima para la producción de MXene puede reducir significativamente el costo del material. En este estudio, el material MXene fue menos costoso que las alternativas comerciales porque una de las fuentes de reactivos se obtuvo de forma gratuita a partir de desechos de frutas.
  • El prototipo de alambique solar casero que utilizó material MXene mostró una mejora significativa en la tasa de producción de agua, con un aumento de aproximadamente el 50 % con respecto al alambique solar existente.
  • El agua purificada producida por el prototipo de alambique solar casero cumplió con el estándar de agua potable de la Organización Mundial de la Salud (OMS). Esto indica que la energía solar basada en MXene puede producir agua potable limpia que es segura para el consumo humano.
  • El objetivo principal de la investigación del Dr. Edison es desarrollar métodos innovadores y rentables para convertir los desechos orgánicos en materiales útiles para los alambiques solares que purifican el agua. El grafito se fabricó con éxito a partir de basura plástica en un estudio previo realizado por su equipo, y este trabajo se publicó en el Revista de Química de Materiales A(“Desarrollo sostenible de nanoláminas de carbono grafítico a partir de desechos plásticos con conversión de energía fototérmica eficiente para la evaporación solar mejorada”). Ambas investigaciones demostraron que los desechos orgánicos pueden convertirse en materiales bidimensionales (2D) con valores más altos como grafito y MXene. Además, su estructura distintiva de panal mejora la efectividad de la conversión de luz a calor, y las capas intermedias de la estructura 2D ofrecen numerosas vías para la producción rápida de agua. Reciclar y reutilizar desechos orgánicos y convertirlos en materiales con valor agregado, como el carbono, puede disminuir los efectos negativos de la contaminación por desechos y al mismo tiempo reducir el costo de MXene o materiales de grafito y la extracción de recursos naturales de carbono. Como resultado, la economía y el medio ambiente se beneficiarán significativamente. Encontrar materiales adecuados para alambiques solares ecológicos y más eficientes es el principal desafío. Por lo general, las impurezas no orgánicas se mezclan con desechos orgánicos. Como resultado, solo hay unos pocos materiales puros que se pueden producir utilizando las tecnologías actuales. La clasificación de los diferentes tipos de materiales de desecho requerirá trabajo adicional, como el uso conjunto de aprendizaje automático e inteligencia artificial para mejorar la calidad del proceso de gestión de desechos. Se sabe que las baterías comerciales de iones de litio, que se utilizan en todo, desde teléfonos inteligentes hasta vehículos eléctricos, están fabricadas con grafito como componente clave. Los MXenes, que son naturalmente conductores como el grafito y tienen una estructura 2D, son útiles para almacenar cargas en baterías y pronto podrán usarse en la fabricación de baterías. Por lo tanto, el MXene elaborado a partir de residuos de frutas tiene usos potenciales que van mucho más allá de la purificación del agua. El Dr. Edison Ang y su estudiante, Marliyana Aizudin, también compartieron su investigación con estudiantes de primaria. Esto está en línea con el Plan Verde 2030 de Singapur y el Programa de Administración Ecológica, lo que demuestra su dedicación para promover la sostenibilidad y la conciencia ambiental en Singapur y fomentar una sociedad más sostenible y ambientalmente consciente para el futuro al educar a la próxima generación sobre la importancia de la sostenibilidad. Es esencial continuar promoviendo la sostenibilidad e incorporándola en los planes de estudios educativos para abordar los apremiantes desafíos ambientales que enfrentan Singapur y el mundo.
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