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新型太阳能集水设备沙漠实测,空气再干都能榨出水分

日期:2018-06-11
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去年,科学家基于金属有机框架材料(MOF)开发出动力全来自太阳能的水资源收集设备,12 小时内从相对湿度只有 20% 的空气中吸取了 2.8 公升水。今年团队前往沙漠地区进行实测,结果证明该设备也能在极低湿度(8%)的空气中吸收水分,假如有天你不幸迷失在沙漠,或许你能靠这种简单设备活下来,坚持到救援出现。

地球上有 70% 物质都是水,但人类实际可饮用的淡水只占其中 2.5%,随着人口增长、气温上升,全球水危机也日益严重,促使科学家开发更好的水资源收集方式。多数研究集中在海水淡化技术,但也有少数研究钻研如何从干燥空气中「榨取」稀有水分。

麻省理工学院团队去年初利用加州大学柏克莱分校终身教授、知名化学家奥马尔·亚基(Omar Yaghi,注)发明的金属有机框架材料(metal-organic framework,MOF),开发出一款新型集水设备,将多孔 MOF 晶体压缩在太阳能吸热器与冷凝板之间,其原理是当空气流过 MOF 时,水分子被 MOF 束缚,接着等阳光照射加热设备,水分子变成蒸气发布,于箱子内部冷凝成液态水并往下滴入收集器中。


当时团队于学院大楼屋顶进行测试,条件与莫哈维沙漠(Mojave Desert)相似(平均湿度约 20%),12 小时内从空气中吸取了 2.8 公升水,创下令人惊讶的纪录,这项技术不但不需要相对湿度高的条件,能源效率也比其他现有技术好。

今年,团队将测试地点移往沙漠现场,位于美国极西之镇斯科茨代尔(Scottsdale),在那里,相对湿度从夜间的 40% 下滑至白天的 8%。而实测结果显示,只要添加更多金属有机框架材料,就算湿度极低,设备也能扩大规模吸收更多水分,平均每使用 1 公斤 MOF 材料可收集 220 毫升水。

不过上述测试使用的 MOF材料(MOF-801)由昂贵金属锆(zirconium,化学符号 Zr)制成,所幸奥马尔现在已经开发出由铝制成的新型 MOF 材料(MOF-303),价格可便宜至少 150 倍,目前在实验室测试中捕获多 2 倍的水,相当于每 1 公斤 MOF 材料可生产超过 400 毫升(3杯)水。

团队正摩拳擦掌准备进行新型MOF 材料的实地测试。

「一个人每天至少要喝一杯罐装可乐容量的水,而 MOF 设备能在 1 小时内收集到这些水量。」科学家想证明,假如你不幸于沙漠中迷失方向,你可以靠这种设备活下来,坚持至救援出现。在加州大学柏克莱分校发布的影片中,一名研究人员真的喝下了这杯「水」。

实地测试结果已发布在《ScienceAdvances》期刊。

注:奥马尔·亚基(OmarYaghi),曾获评美国十大科学家,以发明金属有机框架材料(MOF)、沸石咪唑酯骨架构造体(ZIF)、共价有机构造体(COF)等多孔结构闻名,全球研究人员依此创建了逾 2 万种不同 MOF,用来捕获二氧化碳、有效储存氢或甲烷等化学物质。

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