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科学家创造出能从沙漠空气中吸收水分的设备,能为全世界的人带来干净的饮用水!

2017-4-15 环球解密

哇,太棒了。

当提到到未来的挑战时,最大的挑战之一就是缺水。在一个变暖的星球上,我们会有大量的海水,但在适当的地方,没有足够的干净淡水让每个人来喝。

虽然大量的研究集中在海水淡化,但有一组科学家现在提出另一个可能的解决方案,一项装置可以从稀薄的空气中抽出淡水,甚至是在湿度低至20%的地方,一切它所需要的是阳光。

这可能听起来太棒,以至于无法成真,但到目前为止,这项研究是确实的。这个被命名为“太阳能收割机(solar-powered harvester)”的设备是由来自麻省理工学院和加州大学柏克莱分校的团队,使用名为金属有机框架(metal-organic framework,MOF)的特殊类型材料创造出来的。

您可以在下面看到这项设备:

 

麻省理工学院

说清楚一点,它现在还在雏型阶段,而且在相当有限的情况下进行测试,但到目前为止,测试结果刚刚发表在科学(Science)期刊。

来自加州大学柏克莱分校的研究人员之一Omar Yaghi说:“这是长期挑战在低湿度空气中收集水的一项重大突破。”

“除了使用额外的能源,现在没有其他方法来做。你家里的电动除湿器会“产生”非常昂贵的水。”

世界上3分之2的人口正在经历着缺乏干净的水,但据估计,全世界大约有13,000兆公升的水存在于我们周围的空气中。

到目前为止,这个雏型设备在20%至30%湿度的条件下进行测试,并且能够在12小时内,使用1公斤(2.2磅)的MOF从空气中抽出2.8公升(3夸脱)的水。

在麻省理工学院的屋顶上也进行了成功的测试,显示它在现实世界的条件下行得通。

这个团队表示,这个设备可以轻松地扩大规模,为一个家庭提供一天所需的淡水。

Yaghi说:“未来的一个愿景是不用电网来收集水。在家里,您可以有一个靠周遭的太阳能运作的设备来运送水,以满足家庭的需求。”

“对我来说,因为这个实验而变得有可能,我称之为特制化的水(personalized water)。”

Yaghi研究第一个MOF超过20年。不同于一般的金属片,MOF是金属与有机分子结合的结构,像是镁或铝,排列方式形成了适于储存气体或液体的刚性多孔结构。

从此,世界各地的研究人员创造出超过2万个不同种类的MOF,并且已经用来捕获二氧化碳,以及有效地储存化学物质,例如氢气或甲烷。

 

加州大学柏克莱分校和柏克莱实验室

在太阳能收割机中使用的MOF,如上所示,在2014年被合成,并且包含会黏结水蒸汽的锆(zirconium)金属与己二酸(adipic acid)的组合。

麻省理工学院的团队然后取出这个MOF的灰尘大小的晶体,并将它们压缩在太阳能吸收器和冷凝器板之间,接着把整个物体放在暴露于外部空气的隔间内。

当周遭空气经由MOF晶体扩散时,水分子附着在内部表面上。系统的X射线衍射研究显示,水蒸汽分子通常是8个聚集成组,形成立方体。

阳光然后对MOF加热,并将黏结的水推向冷凝器,冷凝器的温度与外部空气相同。蒸汽凝结成液态水,然后滴入收集器来提供干净的饮用水。

麻省理工学院团队领导人Evelyn Wang说:“这项工作提供了一种从空气中收集水的新方法,不需要高相对湿度条件,而且比现有的其他技术更节能。”

虽然听起来很棒,但这个团队承认还有很多的改进和微调空间,来使这个设备更有效率。

目前这个MOF只能吸收它的重量的20%的水,但其他MOF材料有可能吸收超过40%。

这个材料也可以被调整在更高或更低的湿度程度下更有效率。

Yaghi说:“我们不只是做出一个被动设备,放在那里收集水;我们现在还摆放了实验和理论基础,以便于能够筛选其他数千个MOF,来找到更好的材料。”

“有很大的潜力来增加收集的水量,现在只是进一步工程的问题。”

他补充:“为了一直收集水,你可以设计一个系统在夜间吸收湿气,然后在白天释放。”

“或是设计太阳能收集器,来让这个系统的速度更快,有更多的空气被推入。我们想证明,如果你被隔绝在沙漠某个地方,你可以因为这个设备而生存下来。”

“一个人每天需要大约一个可乐罐的水量。用这个系统,可以在不到1个小时内就收集到。”

这项研究发表在科学期刊(Science)。

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