(資料圖片僅供參考)
如果能捕捉空氣中的水分子，再將其轉(zhuǎn)化成液態(tài)水用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，或許可以緩解部分干旱地區(qū)的用水焦慮。近日，江南大學(xué)教授付少海團(tuán)隊(duì)聯(lián)袂福州大學(xué)教授賴躍坤團(tuán)隊(duì)刊發(fā)的一項(xiàng)最新研究，給上述展望提供了一種技術(shù)路徑。在這項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種核殼結(jié)構(gòu)的氣凝膠，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)的親水、疏水性能的調(diào)節(jié)，可以選擇性地捕獲、釋放水分子，同時(shí)截留水汽中的鹽。該成果近日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物質(zhì)》。
水資源短缺給人類(lèi)的生產(chǎn)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。有數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2050年，全球缺水人數(shù)將達(dá)到50億。相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)表明，空氣中的水汽資源含量約為12900立方千米。因此，大氣水收集技術(shù)受到研究人員的廣泛關(guān)注，特別是對(duì)于干旱沙漠或少雨地區(qū)，大氣水收集成為獲取淡水的有效方法之一。
此次研究中，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種特殊結(jié)構(gòu)的氣凝膠。“我們?cè)跉饽z的內(nèi)層添加了吸濕鹽氯化鋰，這種材料能直接從大氣中捕獲水分子。當(dāng)水分子在氣凝膠內(nèi)富集到一定程度時(shí)，會(huì)變成液態(tài)水。然而，氣凝膠內(nèi)部孔道的容積有限，隨著吸濕時(shí)間的增加，其內(nèi)部所捕獲的液態(tài)水易發(fā)生滲漏，并帶走一部分吸濕鹽，從而導(dǎo)致樣品的吸濕能力下降。為了防止吸濕鹽的滲漏，我們?cè)跉饽z的外層設(shè)計(jì)了一層由纖維素構(gòu)成的多孔疏水殼層。”論文的共同通訊作者付少海告訴科技日?qǐng)?bào)記者，當(dāng)水分子在氣凝膠內(nèi)富集到一定程度，會(huì)轉(zhuǎn)化為液態(tài)水。當(dāng)氣凝膠收集到一定量的液態(tài)水后，再通過(guò)陽(yáng)光照射，氣凝膠外層的炭黑可以產(chǎn)生大量的熱量，把內(nèi)部的液態(tài)水轉(zhuǎn)化成水蒸氣釋放出來(lái)。再借助其他設(shè)備，就可以將水蒸氣轉(zhuǎn)化為淡水。
這款氣凝膠的關(guān)鍵在于多孔疏水殼層的孔徑大小。如果孔徑過(guò)小，水分子難以透過(guò)疏水殼層釋放出來(lái)；如果孔徑過(guò)大，則疏水殼層內(nèi)部的吸濕鹽會(huì)與其所捕獲的液態(tài)水一同滲漏出來(lái)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，疏水層孔徑在57納米至1490微米之間時(shí)，氣態(tài)的水分子可以順利穿過(guò)疏水殼層且疏水殼層內(nèi)部的液態(tài)水不會(huì)發(fā)生滲漏。
“我們希望能將這種氣凝膠應(yīng)用到我國(guó)的一些干旱少雨地區(qū)。這些地區(qū)夜晚氣溫低、空氣濕度相對(duì)較大，可以將空氣中的水分子捕獲到氣凝膠中；而白天則利用太陽(yáng)照射，從氣凝膠中提取淡水。這些淡水可以用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉，也可以嘗試用在城市農(nóng)場(chǎng)里。不過(guò)，目前這還只是暢想，如果想產(chǎn)業(yè)化，還有一段很長(zhǎng)的路要走。”付少海說(shuō)。
?
