來自德州農工大學的一支科研團隊近日提高了一種聚合物的除濕效率，這有助於開發出碳足跡更小的節能係統。在悶熱的夏日午後，暖通空調（HVAC）系統幫助人們擺脫酷熱和潮濕。這些系統中通常會帶有除濕機，但是目前並不節能，消耗了商業和住宅建築中約76%的電力。

在一項新的研究中，德州農工大學的研究人員描述了一種名為“聚酰亞胺”（polyimides）的有機材料，這種材料在乾燥空氣時消耗的能量較少。此外，研究人員還表示，基於聚酰亞胺的除濕機可以降低HVAC系統的價格，目前HVAC系統的價格為數千美元。

Artie McFerrin化學工程系Artie McFerrin部門的McFerrin教授、Hae-Kwon Jeong表示：“在這項研究中，我們採用了一種現有的、相當堅固的聚合物，然後提高了它的除濕效率。我們認為，這些基於聚合物的膜，將有助於開發下一代的暖通空調和除濕機技術，不僅比當前的系統更高效，而且碳足跡更小”。

這項研究結果發表在《Membrane Science》期刊上。除濕機可以將空氣中的水分去除到舒適的干燥程度，從而改善空氣質量，消除塵蟎，以及其他有用的功能。最常見的除濕機使用的是製冷劑。這些化學物質通過冷卻空氣並降低其攜帶水分的能力來除濕。然而，儘管製冷劑很受歡迎，但它是溫室氣體的來源，是全球變暖的主要元兇。

作為除濕的替代材料，被稱為沸石的天然材料因其乾燥作用而被廣泛考慮。與製冷劑不同，沸石是一種干燥劑，可以在其吸水孔或親水孔中吸收水分。雖然這些無機材料是綠色環保的，並且具有優異的除濕性能，但沸石類除濕劑也帶來了自身的挑戰。

Jeong 表示：“沸石膜的一大問題是擴大規模。首先，沸石的合成成本很高。另一個問題來自於沸石的機械特性。它們很脆弱，需要非常好的支撐結構，而這些結構相當昂貴，從而推高了整體成本”。

Jeong和他的團隊轉向了一種名為聚酰亞胺的高性價比有機材料，這種材料以其高剛性和對熱和化學品的耐受性而聞名。在分子水平上，這些高性能聚合物的基本單元是以長鏈連接在一起的重複的環形亞胺基團。Jeong說，酰亞胺之間的吸引力賦予了聚合物特有的強度，從而比機械強度弱的沸石更有優勢。

但聚酰亞胺材料的除濕性能需要增強。研究人員首先將聚酰亞胺分子小心翼翼地塗抹在幾納米寬的氧化鋁平台上，創造了一層薄膜。接下來，他們將這種薄膜放在高濃度的氫氧化鈉溶液中，引發了一個名為水解的化學過程。該反應使酰亞胺分子基團斷裂，成為親水性的。當在高倍顯微鏡下觀察時，研究人員發現，水解反應會導致聚酰亞胺材料內形成引水的滲透通道或高速公路。

當Jeong的團隊對他們的增強材料進行除濕測試時，他們發現他們的聚酰亞胺膜對水分子的滲透性非常強。換句話說，該膜能夠通過在滲透通道中捕獲空氣中多餘的水分。研究人員指出，這些膜可以連續運行，而不需要再生，因為被困的水分子是通過安裝在標準除濕機內的真空泵從另一側離開的。