Advanced Science:基于吸附的人工智能辅助全自动湿度调节系统

淡水短缺是全世界面临的巨大挑战之一。大气层中储存着大约13000万亿升的水,近年来,空气集水技术因其不受空间地域的影响引起了人们极大的研究兴趣。然而,在一些潮湿地区,空气中的水分通常被认为是多余的。高湿环境可能导致细菌和病毒的滋生,从而引起呼吸不适、过敏和传染病。健康舒适的室内相对湿度(RH)水平为40%-60%。RH越高,体感温度越高,尤其在炎热的夏季。与其将空气中的水分视为多余的资源,并需要消耗能量以维持其在适宜的水平,不如把储量丰富的空气水作为新型淡水资源加以适当利用,这将有助于缓解全球普遍存在的水资源短缺问题。

新加坡国立大学材料科学与工程学院陈瑞深课题组针对这一问题构建了一种高效节能的湿度控制系统,可同时进行除湿和空气集水。该系统由他们自主研发的干燥剂型除湿机和湿度计组成,可实现全自动运行。相关结果发表在Advanced Science(DOI:10.1002/advs.202003939)上。

该系统的高效节能主要来自合成的具有超强吸湿性能的钴络合物薄膜,该材料能快速吸收空气中水分,吸水量高达4.64 g g-1。在太阳光照射下或者加热到60℃ 即可实现材料的再生,而且吸湿性能在循环使用500次后基本保持不变。研究人员利用该材料组装了一台高效节能的干燥剂型除湿机,可同时用于空气集水和除湿。该除湿机可以在15分钟之内将房间内的相对湿度(RH)从75%降低到60%,能耗仅为0.05 kWh。在24小时内可以从空气中收集大约10 L的水。为实现除湿机的自动运行,研究人员借助机器学习自制了一款低成本、高精度的湿度计,将其集成到除湿机上,当环境湿度达到设定的湿度最高值时,除湿机将自动启动进行除湿;当环境湿度降至设定的湿度最低值时,除湿机将自动关机进入省电模式。