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在沙漠试验中,利用特殊的吸附材料和疏水表面,下一代水收割机可从空气中提供淡水
编辑:尚蒙科技无锡有限公司   时间:2018-06-09

去年10月,加利福尼亚大学伯克利分校的团队前往亚利桑那州的沙漠,将他们最新的原型水收割机放到了一个家庭的后院,并开始从阳光下吸收除空气以外的任何电力。他们较大的新一代收割机的成功现场测试证明了该团队2017年早些时候的预测:水收割机可以在非常低的湿度和低成本的情况下每天/每天循环提取饮用水,非常适合人们生活在世界上干旱缺水的地区。

“没有这样的事情,”奥马尔Yaghi说,他发明了收割机的技术。“它可以在环境温度和周围的阳光下运行,并且无需额外的能量输入就可以在沙漠中采集水分。这种从实验室到沙漠的旅程使我们能够将一个有趣的现象真正变成一门科学。”

Yaghi,加州大学伯克利分校化学系的James和Neeltje Tretter椅子以及劳伦斯伯克利国家实验室的一名教授科学家,他的团队将在6月8日出版的“ 科学 ”杂志上报道水收集收获机的首次现场测试结果进展

在斯科茨代尔,相对湿度从夜间高达40%下降到白天低至8%的试验证明,收割机应该很容易通过添加更多的吸水剂(一种高度多孔的称为金属有机框架的材料或MOF。研究人员预计,使用目前由昂贵的金属锆制成的MOF(MOF-801),他们最终将能够收获每千克(2.2磅)MOF约200毫升(约7盎司)水或3盎司每磅水。

但Yaghi也报道说,他已经开发出一种新的基于铝的MOF,称为MOF-303,价格便宜至少150倍,并且在实验室测试中捕获了两倍的水。这将使新一代收割机每天从一公斤MOF生产超过400毫升(3杯)水,相当于每磅每天12盎司苏打水的半量。

Yaghi说:“对此进行商业化引起了极大的兴趣,并且有几家初创公司已经开始开发商用集水设备。“铝MOF使这种水的生产非常实用,因为它便宜。”


Yaghi还与沙特阿拉伯利雅得的阿卜杜勒阿齐兹国王科学技术城及其总裁Turki Saud Mohammad Al Saud博士就该技术合作,共同研究纳米材料和清洁能源卓越中心。

超吸收性MOFs

Yaghi是金属有机骨架的先驱,这种骨架具有如此多的内部通道和孔洞,以致糖立方尺寸的MOF可能具有六个足球场大小的内部表面面积。该容易吸收气体或液体,但同样重要的是,加热时可快速释放它们。已经对各种类型的MOF进行了测试,以便将更多的气体装入氢燃料汽车的储罐中,从烟囱吸收二氧化碳并储存甲烷。

几年前,Yaghi创造了MOF-801,它易于吸收和释放水分,去年他在一台简单的收割机上测试了少量的水,以查看他是否可以在夜间捕获环境空气中的水分,并利用太阳热将其驱出再次使用。该收割机由麻省理工学院的合作者使用少于2克的MOF制造,证明了这个概念是有效的:虽然研究人员无法收集或准确测量水,但窗户在阳光下雾化。

今年早些时候,同一台收割机被运送到沙漠,并且工作类似,虽然再次只有水滴作为概念验证。

对于这篇新论文,加州大学伯克利分校研究生Eugene Kapustin和博士后研究员Markus Kalmutzki和Farhad Fathieh收集并测量了水分,并测试了最新一代采集器在不同湿度,温度和太阳强度条件下的情况。

收割机本质上是一个盒子内的盒子。内盒装有一个2平方英尺的MOF谷物床,通向空气以吸收水分。这是装在一个两英尺塑料立方体与透明的顶部和侧面。顶部在夜间敞开让空气流入并与MOF接触,但在白天更换,因此箱子可以像温室一样升温,从而将水从MOF中排出。释放出来的水凝结在外箱内部并落到底部,研究人员用吸管收集。

广泛的现场测试提供了一张蓝图,允许工程师根据特定的MOF在亚利桑那州,地中海或其他任何地方为不同的条件配置收割机。

Yaghi说:“这里的关键发展是它在低湿度下运行,因为这就是世界干旱地区的情况。” 在这些条件下,收割机即使在零度以下的露点下也能收集水分。

Yaghi急切地等待下一次,该测试将测试铝基MOF,并计划在夏末的死谷,白天温度达到110华氏度,夜间保持在70s,夜间湿度低至25%。


进一步探索: 设备从干燥空气中抽取水,仅由太阳提供动力

更多信息: F. Fathieh等人,“沙漠空气中的实用水生产”,Science Advances(2018)。advances.sciencemag.org/content/4/6/eaat3198



Read more at: https://phys.org/news/2018-06-trials-next-generation-harvester-fresh-air.html#jCp




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