新型集水系統:從乾燥的空氣中提取飲用水

2021-01-09 騰訊網

新型兩級集水系統原型機。

techxplore.com網站報導，美國麻省理工學院教授Evelyn Wang領導的研究團隊在此前的設計基礎上開發了一種兩級式空氣集水系統。

該系統能夠依靠太陽能或其他低熱源供熱，從乾燥的空氣中提取水分，因此適合在乾旱和缺乏電能的偏遠地區使用。相關研究成果於當地時間10月14日刊登在《Joule》雜誌中。

Wang團隊早期設計的設備為集水系統提供了概念證明。該系統利用設備內部的溫差，使吸附材料能在夜間從空氣中吸收水分。次日，當材料被陽光加熱時，高溫頂部和遮蔽底部之間的溫差使水分脫離吸附材料，在收集板上凝結。

然而，這個裝置需要使用金屬有機框架（MOFs）材料。MOFs價格昂貴，並且供應有限。因此，早期系統的出水量無法滿足實際需求。

研究人員表示，通過添加第二階段的解吸和冷凝，並換用其他吸附材料，設備的產量和可擴展性得到了顯著提升。

在新系統中，Wang等採用沸石替代了MOFs。沸石的主要成分是微孔鐵鋁磷酸酯，其穩定性較好，並且具有合適的吸附性能。

論文作者、研究生Alina LaPotin在新系統中巧妙地利用了水在相變過程中產生的熱量。系統頂部的太陽能吸收板收集太陽光的熱量，加熱沸石，釋放出吸附材料在夜間捕獲的水分。蒸汽在收集器上凝結，這個過程也會釋放熱量。這些熱量被用於釋放次層沸石的蒸汽。從每一層沸石中收集到的水滴，都會匯集到收集槽中。

Wang表示，雖然類似的兩級式系統已經在海水淡化等領域有所應用，但其在大氣水收集（AWH）方面的應用還有所欠缺。現有的AWH方法主要包括霧收集和露水收集，兩種技術都存在明顯的局限性。霧收集過程只能在相對溼度達到100%的環境中進行，而露水收集則需要高能耗的製冷方式來使水分凝結，且環境溼度不能低於50%。

相比之下，新系統可以在溼度低至20%的條件下工作，而且除了陽光或其他低熱源外，它不需要任何的額外能源輸入。

LaPotin表示，找到更好的吸附材料還能夠進一步提高系統的出水率，目前已有新材料在開發中。通過技術微調和材料優化，大規模的實際應用是具備可行性的。Wang團隊計劃繼續改進設備，開發出適應軍事行動的野戰可攜式集水器。

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：西莫

責編：陳之涵

期刊來源：《Joule》

期刊編號：2542-4351

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