仅由太阳能供电设备能从干燥空气中抽水 - 安防知识网

一种太阳能采集设备能够在干燥的空气中抽取出水份，即使在湿度低至20%的环境下也能抽取出数公升的水。

　　麻省理工学院(MIT)的科学家采用加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)所开发的一种特殊材料──金属有机框架（MOF），开发出了一种太阳能采集设备，能够在干燥的空气中抽取出水份，即使在湿度低至20%的环境下也能抽取出数公升的水。

　　加州大学伯克利分校化学家Omar Yaghi表示，这是在低湿度空气中抽取水资源的重大技术突破。过去从空气中抽取水的载体一般是家用电动除湿机，但所耗费的能源也相当惊人。

　　参与这项研究的科学家们最近在《Science》期刊上公布了这项技术，他们开发的原型机在20%-30%的湿度条件下，能使用１公斤的MOF在12小时内从空气中抽取出2.8升左右的水。而麻省理工学院在屋顶上所做的一项测试证实，该设备在现实环境中也能正常工作。

麻省理工学院与加州大学伯克利分校的MOF集水器。只能使用太阳能就能在12小时内从低湿度的空气中抽出几升水。(图片来源：MIT / laboratory of Evelyn Wang)

　　Yaghi希望未来这项装置能在家中使用。事实上，早在20多年前他就开发出了金属有机框架，当时是将镁或铝等有机分子结合，用结构玩具（tinker-toy）的方法来建构出适合储存气体和液体的刚性多孔结构。

　　此后，全球研究人员创造了超过20,000个不同的MOF，其中一些含有化学物质如氢气或甲烷──化学公司巴斯夫(BASF)正在装满天然气燃料卡车上测试的一种Yaghi的MOF，因为填充了MOF的燃气槽可以装三倍的甲烷，并在压力下泵入空罐。其他的MOF则能从烟道气中捕获二氧化碳，催化吸附的化学物质或加工厂中分离的石化产物的反应。

金属有机框架示意图。该模型中的线是有机接头，交会点则是多金属单元。这是Omar Yaghi使用新网状化学组合的结晶海绵的构建块。黄色球体代表可以充满水的多孔空间。（图片来源：加州伯克利大学）

　　2014年，Yaghi和他在加州伯克利大学的研究小组合成了一种由锆金属和己二酸组成的MOF，接着他向麻省理工学院的机械工程师Evelyn Wang建议，合作开发新的集水系统。

　　Evelyn Wang和她的学生设计了一个尘埃级尺寸的MOF晶体，并把这种细沙状多孔材料夹在一块太阳能吸收器与一块冷凝板中间制成了吸水器。当环境空气通过多孔MOF扩散时，水分子优先附着在内部表面上。X射线衍射研究表明，水蒸气分子通常以八角形立方体聚集。

　　在室内应用时，通过窗户进入的加热了MOF，并将集结的水导到冷凝板，最后水蒸气在凝板上凝结成液态水，再滴到容器中。

　　Yaghi 指出，这个架构提供了一种从空气中收集水的新方法，不需要相对高的湿度条件，而且比其他现有技术更节能。不过他也指出，该架构还有很大改进空间。目前MOF只能从空气中吸收20%的水份，而其他MOF材料很可能可达到40%以上的吸收效能。另外，通过调整材料结构也能在更高或更低的湿度水平下展现更好的效能。