從乾燥空氣中採集淡水的新技術

我們不可能從石頭中擠出血液，但是從沙漠空氣中取水是有可能的，這是最近一項新發明提供的技術，是用太陽光協助下從空氣中吸收水蒸氣的方法。使用這種裝置每天可以製造3升淡水，研究人員說已經找到更便宜更好的替代材料，這樣的技術將幫助居住在沙漠缺水地區的數百億人解決缺水問題。

大約13萬億升淡水分布在大氣中，大約相當於地球全部淡水的10%。科學家一直開發相關技術，希望從空氣中採集淡水，如用非常細密的網或用電力驅動冷凝技術等方法。但這些技術需要空氣中的水分足夠多，且耗電量比較多，限制了廣泛使用。為解決這些問題，加州大學伯克利分校化學家Omar Yaghi小組利用一種新晶體材料粉末，這種晶體是金屬-有機框架材料，金屬-有機框架是由有機配體和金屬離子或團簇通過配位鍵自組裝形成的，具有分子內孔隙的有機-無機雜化材料。Yaghi20年前最早製造出一種金屬-有機框架材料。選擇不同的金屬和有機配體，化學家可以獲得不同特性的金屬-有機框架材料。如控制這種材料結合氣體的不同能力。

現在化學家已經合成了2萬多種金屬-有機框架材料，每種材料具有獨特的分子結合特徵。例如Yaghi等最近設計的材料可以吸收和釋放甲烷，利用這種材料可以製造高容量天然氣存儲瓶。2014年，Yaghi等合成了一種能吸收水分子的材料，這種材料可以從非常乾燥的空氣中結合水分子。和MIT機械工程師Evelyn Wang團隊合作，過去曾經與她合作開發金屬-有機框架材料汽車空調。現在繼續合作開發出從乾燥空氣中採集淡水的設備。

Evelyn教授和學生把大約1公斤金屬-有機框架材料壓成多孔薄片，用太陽能吸收器給這種材料加熱讓水分子釋放到一個艙室內，艙室下放置一個冷凝器，將水蒸氣冷凝成液體水並收集起來。夜間開放艙室，多孔材料從空氣中吸收水分子，白天關閉艙室利用太陽光加熱收集水。工作原理見圖。

這個裝置每天大約可以從空氣採集2.8升水。2017年4月14日（今天），加州大學伯克利分校和麻省理工學院聯合在《科學》雜誌上報道了這一新技術。

西北大學化學家Mercouri Kanatzidis說，從乾燥沙漠空氣中採集水是許多人的多年夢想，這個設計是一個重要的概念證明。Yaghi說，這種技術仍然有許多很大的改進空間。如，金屬鋯成本每公斤150美元，讓這種設備成本太高。不過Yaghi說他的團隊已經在設計早期就考慮到這個問題，用金屬鋁代替鋯，金屬材料成本可以降低到1%。未來技術進一步優化不僅能滿足人們的生活用水，甚至可以作為乾旱地區農業灌溉使用。

中國華北平原淡水資源貧乏，甚至都會威脅到千年大計的順利實現，如果可以利用這種空中取水神器，那麼將可以有效解決這個問題。另外威脅中國可持續發展的嚴重霧霾，其主要因素之一也是空氣中水分比較多的原因，如果利用這個技術把空氣中的水採集出來，減少空氣濕度，然後利用噴洒設備可以有效沖洗空氣，成為一種凈化空氣的衍生技術。

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