太陽能集水技術取得了突破性進展，它使用創新的凝膠和系統設計從大氣中有效地提取水。這項技術可以徹底改變乾旱、陽光充足地區的用水狀況，滿足飲用水和其他用途的關鍵需求。

大氣採水器利用吸濕凝膠和鹽向乾旱地區供水。目前有超過22 億人生活在水資源緊張的國家，根據聯合國估計，每年有350 萬人死於與水有關的疾病。由於最需要改善飲用水的地區也位於世界上陽光最充足的地方，人們對利用陽光來幫助獲取清潔水產生了濃厚的興趣。

中國上海交通大學的研究人員開發出了一種前景廣闊的新型太陽能大氣集水技術，可以幫助為這些艱苦的乾旱地區的人們提供足夠的飲用水。他們在AIP 出版期刊《應用物理評論》（Applied Physics Reviews）上發表了他們的研究成果。

這項大氣集水技術可用於增加日常供水需求，如家庭飲用水、工業用水和個人衛生用水。

克服傳統挑戰

一直以來，研究人員在向水凝膠中註入鹽時都面臨著挑戰​​，因為較高的鹽含量會因鹽析效應而降低水凝膠的膨脹能力。這導致了鹽的滲漏和吸水能力的下降。

“給我們留下深刻印象的是，即使在1 克聚合物中註入多達5 克的鹽，生成的凝膠仍能保持良好的膨脹和捕鹽性能，”研究人員王如竹說。

日間大氣集水循環示意圖。資料來源：王如竹

創新的吸濕凝膠與系統設計

研究人員利用植物衍生物和吸濕鹽合成了一種超級吸濕凝膠，這種凝膠能夠吸收和保留大量水分。在乾旱的大氣環境中，一公斤乾凝膠可吸附1.18 公斤的水，而在潮濕的大氣環境中，則可吸附多達6.4 公斤的水。這種吸濕凝膠製備簡單、成本低廉，因此適合大規模製備。

此外，研究團隊還採用了一種具有解吸室和冷凝室的原型，並行配置。他們在冷凝室中使用了渦輪風扇，將解吸水的回收率提高到90% 以上。

在戶外原型展示中，研究團隊發現，即使在陽光微弱的早晨或下午，它也能釋放出吸附水。該系統還能在白天同時實現吸附和解吸。

未來的應用和最佳化

研究小組將努力利用再生能源來實現同時吸附和解吸，以最大限度地提高單位質量吸附劑的日產水量，從而進一步優化該系統的性能，使其在製水領域得到實際應用。

除日常製水外，能收集大氣水的吸附材料還能在未來的應用中發揮重要作用，如除濕、農業灌溉和電子設備的熱管理。

參考文獻：《基於同時吸附-解吸的超吸濕多孔凝膠的日間空氣-水收集》，作者：向成傑、楊新格、鄧芳芳、陳志輝、王茹竹，2023 年12 月5 日，《應用物理評論》。

doi: 10.1063/5.0160682

編譯來源：ScitechDaily