Advanced Materials:何处取甘露?自从空中来

水资源短缺至今仍是世界各国普遍面对的难题。随着人口急速膨胀,工业用水需求激增,水资源已经成为影响文明发展的一个重要因素。然而,现有的海水淡化技术成本较高,设备复杂、占地面积大,同时也难以适用于内陆干旱地区。因而,在经济因素和实用性上,现有技术还远远不能满足人类对水的需求。有趣的是,自然界中的淡水不但存在于河流湖泊中,还有相当一部分以水蒸气的形式分布在空气中。若是将看不见摸不着的水蒸气从空气中收集利用,将是一种无关地域的普适性策略,对解决水资源短缺问题具有重大现实意义。

近日,清华大学程虎虎博士,曲良体教授团队结合了利用太阳能海水淡化的研究经验,提出了一种以三维石墨烯为骨架,搭载一层吸水性高分子(聚丙烯酸钠)的新型复合材料,有望实现低成本地从空气中收集淡水。这种材料在高湿度下可以实现5.2 L/kg 的捕水能力,随后可以在阳光的照射下将水汽放出收集,具有良好的循环使用性。所用的三维石墨烯提供了超过97%的吸光率。同时,以该材料实现的这种集水方式进一步克服了空气容易受到污染的缺点,哪怕是在雾霾环境中(PM2.5>200),也能收集到符合饮用水标准的净水。基于该材料设计的小型装置,在实际使用中可以提供超过25 L kg−1的日产量,足以满足几个人的饮用水需求,极具实际意义。 该研究成果“Highly Efficient Clean Water Production from Contaminated Air with a Wide Humidity Range”最近发表在Advanced Materials期刊(    DOI: 10.1002/adma.201905875),该文章第一作者为清华大学机械系博士研究生姚厚泽同学。此项工作受到了国家重点研发计划项目,国家自然科学基金,清华大学自主科研计划,清华大学-佛山研究院计划的支持。参与单位有清华大学和北京理工大学。