最新款空氣集水器，有望變沙漠為綠洲

集水器利用金屬有機框架材料從乾燥的空氣中吸取水分子，冷凝為純水。

水資源短缺的問題在全球範圍內日益嚴重。美國加州大學伯克利分校（下文簡稱UCB）的研究人員即將推出的這款飲水收集器，有望為缺水問題提供解決方案。sciencedaily.com網站8月27日報道，UCB化學系教授Omar Yaghi等在《美國化學學會核心科學》雜誌中描述了最新版本的飲水收集器。該收集器利用多孔有機金屬框架材料（MOF）從空氣中收集水分：每千克吸水材料每天可從低濕度空氣中收集超過1.3升純凈水。這已經能滿足維持生命最低標準的需要。集水器在乾燥的沙漠中也有良好的表現——在加州乾燥的莫哈韋沙漠進行的3天多的野外試驗中，集水器每天能收集0.7升純水，產水量幾乎是舊版本集水器的10倍。即便沙漠的相對濕度低至7%，溫度超過80華氏度，集水器每天也能收集0.2升飲水。集水器的可靠性良好，在太陽能電池板和充電電池的支持下可以7×24小時持續運行。

Yaghi說：「眾所周知，如果你想在低濕度（相對濕度低於40%）條件下冷凝空氣中的水分，需要將空氣冷卻到低於零攝氏度，但這在實際應用中是不切實際的。我們設計的集水器無需低溫冷卻過程。有的人認為0.7升水好像不是很多，但在缺水時，這真的就是『救命之水』。」Yaghi的創業公司Water Harvester Inc準備向市場投放微波爐尺寸的集水器，這款集水器每天可以提供7~10升水。根據美國國家科學院的建議值（男性3.7升/天，女性2.7升/天），這可以滿足兩到三個成年人每天的飲水量。小型冰箱尺寸的集水器每天能提供200~250升水，可滿足一個家庭飲用、烹飪和淋浴的需求。幾年之後，Water Harvester Inc希望能開發出日均產水量達到2萬升的村級集水器。以上所有的集水器都使用太陽能電池板和內置電池供能，不會對電網產生額外負荷。Yaghi補充說：「我們正在製造脫離水網的超純水。這對缺水人群非常重要，健康的飲水關乎人權。」

Yaghi等製造的集水器的關鍵部件是MOF。它很容易從空氣中吸收水分並排出。自上世紀90年代中期以來，Yaghi一直從事MOF的研究工作。MOF具有高多孔性，一克MOF的表面積就與足球場相當。其他類型的MOF還可以從煙氣中捕捉二氧化碳或分離石化產品等。研究人員在2014年推出了首款集水材料（MOF-801）。空氣中的水分子經吸附作用粘附在MOF-801內表面，然後在受熱時以液體形式流出。基於MOF-801的集水器在2017年首次亮相，它由太陽能驅動，夜間吸水，日間排水。到2018年，Yaghi團隊將其概念驗證設備轉化為了第二代集水器。這種集水器在太陽能驅動下，在亞利桑那沙漠的一個晝夜周期內可以收集0.07升水。Yaghi說：「雖然飲水產量很低，但這表明MOF是能夠從沙漠空氣中收集到水分的。」

新集水器採用了「主動式」運轉機制，它利用太陽能電池板為風扇提供動力，將更多空氣吹入機器中，提高了MOF的空氣接觸率。內置電池由太陽能充電後，使集水器也可以在夜間運行。新集水器的產量是上代設備的10倍，是早期概念機的上百倍。集水器收集的水是安全的，水中沒有檢測出金屬或有機物。新裝置的高產率和短循環時間得益於新設計的集水材料MOF-303。鋁基的MOF-303的容水量比鋯基的MOF-801高30%。在理想條件下，只需20分鐘就能完成水分子的吸附-解吸過程。

Yaghi團隊的成果已經受到了諸多位於乾旱地區的國家的關注。Yaghi說：「不論何時，大氣中的水都幾乎和河流湖泊中的水一樣多。收集空氣中的水分，或許可以將乾旱的沙漠變為綠洲。」

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：阿淼

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