新加坡國立大學:海綿氣凝膠將空氣中的水轉化成液態水

0
3185

在世界各國,特別是淡水資源缺乏的國家,飲用水的水安全問題關乎一個國家的發展和經濟水平,尤其是極度缺水的以色列國,該國三分之一的可飲用水來自海水淡化的裝置。曾經覺得海水淡化不符合現實的人,現在也才會覺得在空氣中提取水氣一樣不符合現實。把水氣從空氣中提取出來的想法,隨著科學技術的發展,將越來越可靠。

據外媒報導,新加坡國立大學(NUS)的一個研究小組提出了一個很有前景的實驗品,這是一種海綿氣凝膠,它可以將空氣中的水分子轉化為可飲用的液體,且無需電源或任何活動部件。

這類技術可能是像太陽能溫室一樣的複雜設備,用於釋放出被困的水蒸氣,也可能像沙漠中的網一樣簡陋,用來收集從海上飄過的霧氣中的濕氣。

NUS工程師創造的材料帶來了一個相對簡單的解決提案:他們使用的氣凝膠是由蛇形長聚合物跟金屬有機框架結合而成,其中的多孔結構因其極高的表面積而在許多研究領域具有很高的價值。

在實踐中,這意味著氣凝膠可以自動從空氣中收集水分子並將它們壓縮成液體,然後釋放出來,就像海綿一樣,但管它不需要藉由擠壓來釋放收集的水分子。

當它暴露在陽光下時,它的強性能能將吸收的水蒸氣的95%轉化成液態水,而且混合材料提供可以持續同時吸引和排斥水的化學結構。

在實驗室測試中,研究小組證明了該種材料連續工作1 440小時的能力,其產生的水也符合世界衛生組織的飲用水標準。研究人員報告稱,在潮濕的環境下,1公斤的該種材料每天可以產生17升的水。

研究人員指出,跟其他集水裝置相比,這種裝置的優點在於設計簡單,不需要陽光或電力就能運轉也不需要活動部件。他們現在正在尋找商業合作夥伴以加快這項技術的發展。

負責領導該研究小組的Ho Ghim Wei教授說道:「考量到大氣水是由全球水循環不斷補充的,我們的發明提供了一個有前途的解決提案,即在各種氣候條件下,能以最小的能源成本實現永續發展的淡水生產。」

從大氣中提取水分的研究已經成為一個科學研究的新領域。

在中國人民空軍某設計研究局的一位高級工程師羅繼傑成功研製一套「戰場生存保障空氣取水設備」,在5℃到43℃、相對濕度大於40%的條件下,每天可以從空氣中提取30多公斤的純淨水,但是要外接車載電源或者應急電源才可以運行使用。提取的水經過多級過濾、紫外線消毒和添加一些微量元素,水質完全可以達到國家飲用水的標準。

無獨有偶,安徽建築大學的王海濤教授發明了一種熱管低溫蒸發端結露集水器,該容器也不需要消耗任何能源,在自然環境中直接使用。

該設備白天利用熱管的導熱性能將土壤裡中的熱量與集水器表面的空氣換熱,將熱管冷凝端深入地下,上部蒸發端與金屬集水盤連接將空氣中的熱量藉由集水盤傳給熱管,再經熱管將熱量傳入地下與恆溫土壤換熱,使金屬集水盤表面溫度降到空氣露點溫度以下,凝結出水。

夜晚空氣溫度低於土壤溫度熱管停止工作,此時利用集水器金屬表面和空氣的對流換熱,使集水器表面空氣溫度迅速降到露點溫度以下,析出水分加以利用。

可以看到,無論是在空氣中的水氣析出,還是其他取水裝置,都巧妙利用了新型材料的有效率性能,在不久的將來,越來越多種多樣的材料將開拓人類生活的新可能。

Leave a reply

Please enter your comment!
Please enter your name here

這個網站採用 Akismet 服務減少垃圾留言。進一步了解 Akismet 如何處理網站訪客的留言資料