@ 2018.12.07 , 15:00

又一种能从沙漠的空气中提取水分的装置

随着全球人口的增长和环境逐步的恶化,勤奋的科学家们不得不和时间赛跑,日以继夜地想出更好的点子来满足人类的基本需求——比如说,为生活在沙漠里的人们制造出能从空气中收集水分的装置。

沙特阿拉伯的阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)开发出一种原型设备能够吸收空气中的水分子,然后按需转化成液态水。这对于生活在干旱和沙漠地区的人来说,可能是弥足珍贵的发明。

装置的核心部分是基于氯化钙盐的特殊水凝胶。氯化钙粉末具有很高的吸水性,但通常会难以保存,因为它吸收空气中的水分发生潮解,所以无水氯化钙必须在容器中密封储藏。但是凭借工程师们的杰出创意,这里的水凝胶混合物可以保持住固体形态。

“水凝胶最显著的方面就是它的高性能和低成本。”团队的一位负责人Renyuan Li表示。

据估计,大气中含有13万亿吨水气分子,如果能够从中提取出一部分,足以保证相当一部分人口的生活用水所需,特别是目前全球还有数亿人口并没有干净的生活水源。所以,世界上许多的研究团队正在努力攻克相关的课题。

虽然之前提到了氯化钙,但是这种盐分本身难以被当作储存水分的材质——它易吸水,换而言之,也难以释放出吸收的水分。在这里,团队将盐转化为含水的聚合物来,水分子和盐结合成了固体结构,直到温度升高再重新转化为液体;此外,碳纳米管技术将有助于水分的释放。

又一种能从沙漠的空气中提取水分的装置
水分子从结合物状态到液体的循环 (KAUST)

设计思路是,设备在晚上从空气中捕获水分子,然后在白天光照下,水分子转化成液态水。

研究人员对原型设备进行测试:35克水凝胶能够在相对湿度约为60%的晚间收集到37克(1.31盎司)的水。

第二天,经过2.5小时的光照,水凝胶释放出20克(0.71盎司)的水;这些水被收集到容器中。研究人员报告说,水凝胶可以反复使用。

然而,科学家们还不满意——他们希望优化设计,提高效率。

目前,这一领域里有数家团队形成了竞争关系,不过这对我们公众来说,是一件好事。

今年早些时候,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)的特殊材料打造出了类似的集水设备。详见:依靠日光从空气中提取水分的机器

另有一支科学家团队受沙漠甲虫的启发研发出了一种纳米合成材料,也能从空气中凝结和捕获水分。

所有这些发明所面临的最大挑战是,将它们从实验室原型转变为工业产品,在这一方面,基于水凝胶的新型装置无疑处于领跑地位。

研究人员指出:“这种空气集水器的造价十分便宜,适用于各种湿度环境,不需要任何电力,特别适合偏远地区。”

该研究发表在《环境科学与技术》上。

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


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