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德克薩斯大學研究人員發明將夏季熱空氣轉化為飲用水的新裝置

2023-10-16 05:48:21 來源：cnBeta

對于面臨缺水問題的全球大部分地區來說，希望的燈塔可能即將到來：將熱空氣輕松轉化為飲用水的能力。在過去的幾年里，德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員一直關注空氣中的水分，并將其作為干旱地區居民飲用水的潛在來源。在發表于《美國國家科學院院刊》上的最新研究中，他們在從稀薄空氣中制造飲用水的努力中取得了重大突破：一種分子工程水凝膠可以僅利用太陽光的能量制造清潔水。

德克薩斯大學的研究人員創造了一種水凝膠，它能利用陽光從空氣中產生可飲用的水。這項技術可制成高效的微凝膠，有望為全球水資源短缺問題提供一種經濟、便攜的解決方案。上圖為利用凝膠收集的水樣。資料來源：德克薩斯大學奧斯汀分校

利用太陽能制水

(資料圖片)

研究人員能夠在低至40攝氏度的條件下，利用太陽能從大氣中提取水并使其成為可飲用水，這與得克薩斯州和世界其他地區的夏季天氣相吻合。這意味著，有朝一日，熱量過高、清潔水源極少的地方的人們只需在室外放置一個裝置，它就能為他們制水，而無需付出額外的努力。

"有了我們的新型水凝膠，我們就不只是憑空取水了。我們做得非常快，而且不消耗太多能量，"科克雷爾工程學院沃克機械工程系和德克薩斯材料研究所的材料科學與工程教授 Guihua Yu 說。"我們的水凝膠真正吸引人的地方在于它是如何釋放水的。想想炎熱的德克薩斯州的夏天--我們可以利用氣溫的自然起伏，不需要開加熱器。"

從空氣中生成水的原型設備。資料來源：德克薩斯大學奧斯汀分校

根據濕度條件，該裝置每公斤凝膠材料可產生 3.5 至 7 公斤水。

這項研究的一個重要特點是，水凝膠可適應被稱為"微凝膠"的微顆粒。這些微凝膠可以提高速度和效率，使這種設備更接近現實。通過將水凝膠轉化為微小顆粒，可以實現超快的水捕捉和釋放。這提供了一種新型、高效的吸附劑，通過每天多次循環，可以顯著提高產水量。

研究人員正在對該技術進行更多改進，以期將其轉化為商業產品。其中一個重點領域是優化微凝膠的工程設計，以進一步提高效率。

擴大規模是下一步的重要工作。研究人員的目標是將他們的研究成果轉化為切實可行、可擴展的解決方案，在全球范圍內作為一種低成本、便攜式的清潔飲用水制造方法使用。這可能會改變埃塞俄比亞等國家的民眾的生活，因為這些區域有近60%的人口無法獲得基本的清潔飲用水。

實驗室的研究生趙雅萱說："我們開發這種設備的最終目的是讓全世界需要快速、持續獲得清潔飲用水的人都能用上，尤其是在那些干旱地區。"

該團隊正在研究用有機材料制成的其他版本的設備，這將降低大規模生產的成本。在向更具商業可行性的設計過渡的過程中，也面臨著擴大吸濕劑生產規模和保持產品壽命耐用性的挑戰。研究的重點還包括如何使設備便于攜帶，適用于各種應用場景。

本項目由韋爾奇基金會諾曼-哈克曼化學研究獎（Norman Hackerman Award in Chemical Research）和卡米爾-德雷福斯教師學者獎（Camille Dreyfus Teacher-Scholar Award）資助。

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