研究人员用创新型吸水鳍片从空气中收集饮用水

一个简单、紧凑的系统首先收集空气中的水分（左），然后在加热时释放被截留的液体（右），从而获得饮用水。图片来源：Xiangyu Li 编辑

清洁、安全的水是一种有限的资源，能否获得取决于当地的水体。但即使是干旱地区，空气中也会有一些水蒸气。为了收集少量湿气，《ACS 能源快报》（ACS Energy Letters）上的研究人员开发出了一种紧凑型装置，这种装置带有吸附涂层翅片，可以先吸附湿气，然后在加热时产生饮用水。他们表示，这种原型设备有助于满足日益增长的用水需求，尤其是在干旱地区。

地球大气中蕴藏着数万亿升淡水蒸气，但要收集这种无色、透明、稀薄的气体却很困难。以前，研究人员开发了一些系统来捕捉露水或雾，将液体汇集到容器中。但在露水不多的干燥地区，温度响应水凝胶、金属有机框架或沸石（结晶铝硅酸盐）等特殊材料可能有助于从空气中吸附少量水分，并在加热时释放水分。

然而，要使这些吸水剂在实际应用中切实可行，就需要将它们整合到带有废热源的紧凑型便携设备中，例如在高温下运行的应用或作为副产品释放热量的系统。因此，李翔宇、Bachir El Fil 及其同事开发出了一种符合这些规格的湿度收集器。

研究人员设计了吸水"翅片"，将铜片夹在涂有市售沸石的铜泡沫之间。作者说，与以往侧重于材料开发的研究相比，吸附床与材料特性的共同设计造就了薄吸附翅片，这种翅片结构紧凑，能快速收集水。

为了进行概念验证，他们制作了一种装置，将 10 片小型吸附翅片并排放置在铜底板上，间距约为 2 毫米，这样的间距可以最大限度地从相对湿度为 10% 的沙漠空气中捕获水分。在一小时内，吸附翅片达到饱和，然后在底座温度达到华氏 363 度时释放出捕获的水分。

根据 24 个收集-释放周期的推断，研究小组计算出，在相对湿度为 30% 的空气中，鳍片上 1 升的吸水涂层每天可产生多达 1.3 升的饮用水，这个体积是之前开发的设备的 2 到 5 倍。

这项工作为每天多次从干燥空气中快速捕获水分和集水提供了关键机会。研究人员说，随着进一步的开发，该系统可以集成到产生废热的现有基础设施中，如建筑物或运输车辆，为干旱地区提供一种具有成本效益的饮用水生产方式。

编译自/scitechdaily