淡水资源短缺问题日益严峻,传统淡水制备因能源供应需求量大、设备庞大复杂等问题难以普及。近年来,通过合理设计的光热蒸发器利用绿色、可持续的太阳能来驱动丰富的海水资源转变成淡水成为研究热点。中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员陈涛、副研究员肖鹏前期发展一系列用于光热淡水收集的高分子复合材料。除了海水资源,地球大气中也存在着水汽资源。
通过材料在空气中吸湿,在太阳能作用下实施光热蒸发,进而实现空气集水的技术正在兴起。铁兰属植物是一类附生植物,其生存不依靠根茎从土壤中吸收水分,叶片直接从空气中吸收水分即能存活。受此启发,研究人员提出一种吸湿型光热有机凝胶来实现太阳能驱动的光热空气制水。实验证明和理论分析,聚合物网络上亲水性的官能团也能协同增强该有机凝胶的吸湿行为。
在90%的相对湿度下,该有机凝胶在12小时内最终展现出6.12kg/m2的吸湿性能和16.01kg/m2的超高平衡水分吸附。此外,互穿的光热高分子网络赋予有机凝胶优秀的光热性能,可以实现可控的太阳能驱动的界面水分释放,以获取被吸附的水分。户外实验结果表明,该有机凝胶在实际的室外实验中淡水日产量达到2.43kg/m2,收集到的淡水中的离子浓度的含量符合WHO和EPA的饮用水标准。
该研究为太阳能光热空气集水提供一种新的材料体系,有机凝胶的聚合物骨架和吸湿介质的选择具有高度可设计性,后期可通过设计进一步提高其空气制水性能。