上海交大：多孔超吸濕凝膠空氣取水領(lǐng)域取得新進(jìn)展

IT之家 12 月 17 日消息，IT之家從上海交通大學(xué)官網(wǎng)獲悉，近日，該校王如竹教授領(lǐng)銜的“能源-水-空氣”交叉學(xué)科創(chuàng)新團(tuán)隊(duì) ITEWA 在物理領(lǐng)域國(guó)際期刊 Applied Physics Reviews 上發(fā)表了題為“Daytime air–water harvesting based on super hygroscopic porous gels with simultaneous adsorption–desorption”的研究論文。團(tuán)隊(duì)通過(guò)非離子型表面活性劑羥丙甲基纖維素與氯化鋰經(jīng)物理發(fā)泡形成多孔吸濕凝膠，提出了空氣取水領(lǐng)域的“8020 原則”，在“解吸腔”和“冷凝腔”并聯(lián)式裝配的原理樣機(jī)上驗(yàn)證了實(shí)際取水性能，為日間低成本連續(xù)式空氣取水提供了一種新的可行路徑。制冷與低溫工程研究所博士后香承杰和博士研究生楊辛格為論文第一作者，王如竹教授為通訊作者。

空氣取水技術(shù)是緩解淡水資源短缺的有效途徑。近年來(lái)，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的吸附式空氣取水技術(shù)因其高適應(yīng)性和低成本等優(yōu)勢(shì)得到廣泛關(guān)注，有望在任何時(shí)間和地點(diǎn)生產(chǎn)符合安全飲水標(biāo)準(zhǔn)的清潔水。目前的研究開發(fā)了 MOF、碳納米材料、水凝膠等眾多吸附材料，為了提高吸附材料的吸濕能力，無(wú)一例外地選擇了與吸濕鹽的復(fù)合，其中水凝膠因獨(dú)特的腫脹性能而具有良好的儲(chǔ)水能力，成為鹽負(fù)載的首選基質(zhì)。然而，傳統(tǒng)水凝膠基質(zhì)受到鹽析效應(yīng)的影響，聚合物的水溶性因鹽的存在而降低。鹽析效應(yīng)導(dǎo)致聚合物鏈聚集，抑制了水凝膠的腫脹，從而限制了它們的水轉(zhuǎn)移、水儲(chǔ)存能力，導(dǎo)致鹽偏聚、泄露，最終限制了水蒸氣的吸附能力。

連續(xù)式空氣取水“8020”運(yùn)行原則

A-C.空心微球多孔吸濕凝膠，D-E.吸附 / 解吸動(dòng)力學(xué)曲線，F(xiàn) 解吸腔 / 冷凝腔串聯(lián)的空氣取水裝置

為此，研究團(tuán)隊(duì)在材料層面通過(guò)非離子型表面活性劑羥丙甲基纖維素與吸濕性鹽氯化鋰經(jīng)物理發(fā)泡形成多孔吸濕凝膠，一方面解決了鹽的泄露問(wèn)題，另一方面提高了吸濕凝膠的吸附動(dòng)力學(xué)性能。研究團(tuán)隊(duì)在裝置層面開發(fā)了解吸腔和冷凝腔分離的并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，極大提高了冷凝水回收效率，實(shí)現(xiàn)了日間同時(shí)吸附解吸的連續(xù)式空氣取水。研究團(tuán)隊(duì)在系統(tǒng)運(yùn)行層面，提出了太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的被動(dòng)式空氣取水運(yùn)行的“8020”原則，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能和吸附材料的利用效率的最大化，實(shí)驗(yàn)證明在日間寬濕度工況下太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的連續(xù)高效空氣取水，材料吸附量高達(dá) 6.4 kgwater?kgsorbent-1，裝置單日取水量高達(dá) 3.82 Lwaterkgsorbent-1day-1 和 1.93 Lwaterm-2day-1。該工作闡明了材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝置和系統(tǒng)運(yùn)行策略對(duì)空氣取水的重要意義，為實(shí)現(xiàn)規(guī)?；咝绞娇諝馊∷峁┝丝尚械男滤悸贰?/p>

王如竹教授領(lǐng)銜的 ITEWA（Innovation Team for Energy, Water & Air）交叉學(xué)科創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)致力于解決能源、水、空氣領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過(guò)學(xué)科交叉實(shí)現(xiàn)從材料到系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。