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从干燥空气中采集淡水的新技术 精选

已有 2951 次阅读 2017-4-14 13:34 |个人分类:自然科学|系统分类:海外观察

我们不可能从石头中挤出血液但是从沙漠空气中取水是有可能的这是最近一项新发明提供的技术,是用太阳光协助下从空气中吸收水蒸气的方法。使用这种装置每天可以制造3升淡水,研究人员说已经找到更便宜更好的替代材料,这样的技术将帮助居住在沙漠缺水地区的数亿人解决缺水问题。

大约13万亿升淡水分布在大气中,大约相当于地球全部淡水的10%。科学家一直开发相关技术,希望从空气中采集淡水,如用非常细密的网或用电力驱动冷凝技术等方法。但这些技术需要空气中的水分足够多,且耗电量比较多,限制了广泛使用。为解决这些问题,加州大学伯克利分校化学家Omar Yaghi小组利用一种新晶体材料粉末,这种晶体是金属-有机框架材料,金属-有机框架是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的,具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。Yaghi20年前最早制造出一种金属-有机框架材料。选择不同的金属和有机配体,化学家可以获得不同特性的金属-有机框架材料。如控制这种材料结合气体的不同能力。

现在化学家已经合成了2万多种金属-有机框架材料,每种材料具有独特的分子结合特征。例如Yaghi等最近设计的材料可以吸收和释放甲烷,利用这种材料可以制造高容量天然气存储瓶。2014年,Yaghi等合成了一种能吸收水分子的材料,这种材料可以从非常干燥的空气中结合水分子。和MIT机械工程师Evelyn Wang团队合作,过去曾经与她合作开发金属-有机框架材料汽车空调。现在继续合作开发出从干燥空气中采集淡水的设备。

Evelyn教授和学生把大约1公斤金属-有机框架材料压成多孔薄片,用太阳能吸收器给这种材料加热让水分子释放到一个舱室内,舱室下放置一个冷凝器,将水蒸气冷凝成液体水并收集起来。夜间开放舱室,多孔材料从空气中吸收水分子,白天关闭舱室利用太阳光加热收集水。工作原理见图。


这个装置每天大约可以从空气采集2.8升水。2017年4月14日(今天),加州大学伯克利分校和麻省理工学院联合在《科学》杂志上报道了这一新技术。

西北大学化学家Mercouri Kanatzidis说,从干燥沙漠空气中采集水是许多人的多年梦想,这个设计是一个重要的概念证明。Yaghi说,这种技术仍然有许多很大的改进空间。如,金属锆成本每公斤150美元,让这种设备成本太高。不过Yaghi说他的团队已经在设计早期就考虑到这个问题,用金属铝代替锆,金属材料成本可以降低到1%。未来技术进一步优化不仅能满足人们的生活用水,甚至可以作为干旱地区农业灌溉使用。


中国华北平原淡水资源贫乏,甚至都会威胁到千年大计的顺利实现,如果可以利用这种空中取水神器,那么将可以有效解决这个问题。另外威胁中国可持续发展的严重雾霾,其主要因素之一也是空气中水分比较多的原因,如果利用这个技术把空气中的水采集出来,减少空气湿度,然后利用喷洒设备可以有效冲洗空气,成为一种净化空气的衍生技术。

空中取水材料.pdf


http://www.sciencemag.org/news/2017/04/new-solar-powered-device-can-pull-water-straight-desert-air



http://blog.sciencenet.cn/blog-41174-1048878.html

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