@ 2018.06.22 , 08:00

依靠日光从空气中提取水分的机器

人类未来面临的诸多挑战中,最重大的之一竟然是淡水资源不足——随着全球均温升高,我们将有大量的海水,却没有足够的新鲜干净的淡水分配到各个地区供人们使用。

许多研究都集中在海水淡化上,但有一组科学家提出了另一种解决思路——即使在沙漠中间,也可以从空气中汲取出水分。它需要的只是阳光。

该设备被称为“太阳能动力水分收割机”,核心部位由麻省理工学院和加州大学伯克利分校的团队使用一种被称为金属有机框架(MOF)的特殊材料打造而成。

依靠日光从空气中提取水分的机器
UC Berkeley

去年,在麻省理工学院的屋顶上进行了测试,结果好到令人难以置信。

第一场实地测试选在亚利桑那州的沙漠中,研究人员表示成功地收集到了干净的饮用水。

“简直不会有像这样的美事了,”伯克利的Omar Yaghi说,正是他为设备开发出了底层技术。“它可以依赖环境温度和太阳能运行,无需额外的能量输入就可以在沙漠中采集水分。这一趟从实验室到沙漠的旅程使我们能够将一个有趣的现象变成一门真正的科学。”

试验在亚利桑那州斯科茨代尔进行,那里的相对湿度夜间最高达到40%,白天的低至8%。

结果表明,通过简单地增加设备中吸附水分的MOF的数量,太阳能收割机可以很容易地扩大产出规模。

目前他们正在使用的MOF(MOF-801)由昂贵的金属锆制成,每公斤可收获约200毫升(7盎司)水。

但是Yaghi已经开发出了新型的MOF-303,这种MOF的价格至多是原来的1/150,并且在实验室测试中采水效率提升了一倍。

这意味着使用新材料的收割机每天可以生产3杯以上的水——大约是人类每天需要的一半。

Yaghi说:“其中的商业化潜力引起了投资界巨大的兴趣,并且有几家初创公司已经开始开发商业集水设备。新型的铝制MOF使这套构想变得现实起来,因为它造价低廉。”

Yaghi在20多年前发明了第一块MOF。与常规金属片材不同,MOF是一种结构,其中金属原子如镁或铝原子与有机分子结合在一起,形成适合储存气体或液体的刚性多孔结构。

从那时起,世界各地的研究人员发明出了20000多种不同类型的MOF,它们可以用于固定二氧化碳,有效地储存氢或甲烷等化学物质。

依靠日光从空气中提取水分的机器
UC Berkeley and Berkeley Lab

它是怎样工作的?

环境中随机运动的空气分子通过MOF晶体,水分子附着到内表面。对该系统进行X射线衍射表明,水蒸气分子经常八个聚集成一组,形成一个立方体。

然后阳光将MOF加热并将捕捉到的水分子推向冷凝器,冷凝器的温度与外部环境的温度相同。蒸气冷凝成液态水,滴入收集器变成干净的饮用水。

科学家团队还将继续改进设备。我们迫不及待地想看到更成熟的技术会为我们带来什么样的惊喜。

详细内容发表在《科学前沿》Science Advances上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


给这篇稿打赏,让译者更有动力 !
支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

4.4
赞一个 (8)

24H最赞