虽然70%的地球表面被水覆盖,但只有3%是淡水——其中三分之一的淡水是可获取的。根据联合国经济和社会事务部的数据,到2030年,世界上几乎一半的人口将生活在水资源高度紧张的地区。因此,我们迫切需要找到缓解全球淡水短缺的方法。
大气水是一种可持续的淡水来源。人们对大气集水(AWH)技术的兴趣日益浓厚,市场年复合增长率达到23%,到2025年达到30亿美元。然而,尽管材料创新有了很大进步,基于干燥剂的大气水提取材料的总体水收集率仍取决于材料吸附-释放吸条件,如时滞动力学,阳光的可用性,以及水箱设置。
新加坡国立大学的研究人员开发了一种新型的混合基质凝胶材料(PC-MOF),其适应性使其能够以最小的能源成本同时不间断地吸附-释放大气中的水。
PC-MOF的设计使用了一种非膨胀性交联聚合物,以实现限制性的体积转换和立体压力。通过离子接枝活化该聚合物提高了吸湿亲和力。此外,这种聚合物与金属有机框架(MOF)的混合加速了水分收集速度。这些设计原则使水分能够在MOF聚合物孔隙中凝聚和传输,从而形成自主吸水。
PC-MOF还可以同时释放和保留水分。当暴露在潮湿的大气中时,吸附在孔隙表面的水气饱和、冷凝并排水,同时限制了孔隙内少量强协调的水分子。收集的水除直接释放外,还可以在>25°C条件下选择性释放。
此外,PC-MOF不仅可以连续传输水1440小时,而且在相对湿度为90%的情况下,每天每公斤吸附剂可以产生17升淡水,而不会产生主动冷凝。其总液体输送效率为95%,自动液体输送效率为71%,高于市场上现有的大气水吸收器。并且值得注意的是,收集的水的质量符合世界卫生组织规定的饮用水标准。
▓ 来源:新加坡国立大学知识产权
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