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德克薩斯大學(xué)研究人員發(fā)明將夏季熱空氣轉(zhuǎn)化為飲用水的新裝置

2023-10-16 05:48:21 來源：cnBeta

對于面臨缺水問題的全球大部分地區(qū)來說，希望的燈塔可能即將到來：將熱空氣輕松轉(zhuǎn)化為飲用水的能力。在過去的幾年里，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員一直關(guān)注空氣中的水分，并將其作為干旱地區(qū)居民飲用水的潛在來源。在發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》上的最新研究中，他們在從稀薄空氣中制造飲用水的努力中取得了重大突破：一種分子工程水凝膠可以僅利用太陽光的能量制造清潔水。

德克薩斯大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一種水凝膠，它能利用陽光從空氣中產(chǎn)生可飲用的水。這項技術(shù)可制成高效的微凝膠，有望為全球水資源短缺問題提供一種經(jīng)濟、便攜的解決方案。上圖為利用凝膠收集的水樣。資料來源：德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校

利用太陽能制水

(資料圖片)

研究人員能夠在低至40攝氏度的條件下，利用太陽能從大氣中提取水并使其成為可飲用水，這與得克薩斯州和世界其他地區(qū)的夏季天氣相吻合。這意味著，有朝一日，熱量過高、清潔水源極少的地方的人們只需在室外放置一個裝置，它就能為他們制水，而無需付出額外的努力。

"有了我們的新型水凝膠，我們就不只是憑空取水了。我們做得非常快，而且不消耗太多能量，"科克雷爾工程學(xué)院沃克機械工程系和德克薩斯材料研究所的材料科學(xué)與工程教授 Guihua Yu 說。"我們的水凝膠真正吸引人的地方在于它是如何釋放水的。想想炎熱的德克薩斯州的夏天--我們可以利用氣溫的自然起伏，不需要開加熱器。"

從空氣中生成水的原型設(shè)備。資料來源：德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校

根據(jù)濕度條件，該裝置每公斤凝膠材料可產(chǎn)生 3.5 至 7 公斤水。

這項研究的一個重要特點是，水凝膠可適應(yīng)被稱為"微凝膠"的微顆粒。這些微凝膠可以提高速度和效率，使這種設(shè)備更接近現(xiàn)實。通過將水凝膠轉(zhuǎn)化為微小顆粒，可以實現(xiàn)超快的水捕捉和釋放。這提供了一種新型、高效的吸附劑，通過每天多次循環(huán)，可以顯著提高產(chǎn)水量。

研究人員正在對該技術(shù)進行更多改進，以期將其轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品。其中一個重點領(lǐng)域是優(yōu)化微凝膠的工程設(shè)計，以進一步提高效率。

擴大規(guī)模是下一步的重要工作。研究人員的目標(biāo)是將他們的研究成果轉(zhuǎn)化為切實可行、可擴展的解決方案，在全球范圍內(nèi)作為一種低成本、便攜式的清潔飲用水制造方法使用。這可能會改變埃塞俄比亞等國家的民眾的生活，因為這些區(qū)域有近60%的人口無法獲得基本的清潔飲用水。

實驗室的研究生趙雅萱說："我們開發(fā)這種設(shè)備的最終目的是讓全世界需要快速、持續(xù)獲得清潔飲用水的人都能用上，尤其是在那些干旱地區(qū)。"

該團隊正在研究用有機材料制成的其他版本的設(shè)備，這將降低大規(guī)模生產(chǎn)的成本。在向更具商業(yè)可行性的設(shè)計過渡的過程中，也面臨著擴大吸濕劑生產(chǎn)規(guī)模和保持產(chǎn)品壽命耐用性的挑戰(zhàn)。研究的重點還包括如何使設(shè)備便于攜帶，適用于各種應(yīng)用場景。

本項目由韋爾奇基金會諾曼-哈克曼化學(xué)研究獎（Norman Hackerman Award in Chemical Research）和卡米爾-德雷福斯教師學(xué)者獎（Camille Dreyfus Teacher-Scholar Award）資助。

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