新型可重复使用的水凝胶可以从海面以上的潮湿空气中收集干净的淡化水

来源：新加坡国立大学（National University of Singapore）

每天大量的水从水面如水库和大海蒸发。为了解决这个问题，特别是在缺水地区，新加坡国立大学（NUS）的研究人员发现了一种从水面以上潮湿空气中采集水的创新方法。

解决方案在于一种独特的锌基吸水水凝胶，该水凝胶是去年由新加坡国立大学工程学院的研究团队开发的。这种凝胶状材料的吸收性是商业干燥剂的8倍以上，并且仅需要自然日光来从水饱和的水凝胶中收集水。

“由于新加坡气候炎热，每年有大约4500万立方米的水从蒸发器中流失。我们的水凝胶可以将潮湿空气中的水分转化为水而无需任何外部能量输入。通过利用水分 - 通常在水面以上找到的浓郁空气，我们可以为不同的用途收集水，否则会被环境损失，“研究小组负责人助理教授Swee-Ching TAN，来自材料科学与工程系在新加坡国立大学工程学院。

该研究的结果已于今年早些时候在线发表在Advanced Materials的科学期刊上。

从水面恢复“丢失的”水

常规的干燥剂如硅胶和氯化钙只能吸收少量的水。从这些试剂中提取水将需要能量密集的过程和高温，因此这种方法不具有成本效益。

新加坡国立大学团队开发的新型水凝胶可有效吸收超过原始重量四倍的水。当在一天内重复使用多次吸收 - 解吸循环时，其收集的水量可达到每千克所用水凝胶的14倍。

作为一个额外的优势，新型水凝胶可以在45到50摄氏度的相对较低的温度下释放水，这可以通过团队的设置轻松实现。因此，可以使用自然太阳光从水凝胶中提取水，并且不需要外部能量源。

此外，尽管大多数商业上可获得的干燥剂仅适合单次使用，但是NUS开发的水凝胶即使在1,000次吸收 - 解吸循环后仍保持其吸收能力。

浮式水收集机

作为概念验证，研究团队首先制造了浮动装置，每个装置都含有少量放置在玻璃板上的水凝胶。这些装置留在海滩上漂浮在水面上。定期取出水饱和的水凝胶并转移到封闭的玻璃盒中，然后将其暴露在自然光下。当暴露在高温下时，玻璃盒中的温度会进一步升高，使水凝胶内的水分作为蒸汽释放，然后凝结在玻璃盒的壁上。然后收集玻璃盒中的冷凝水滴。

研究小组进一步检查了从水凝胶中收集的水的质量，发现盐含量几乎可以忽略不计。

“与高度能源密集的海水淡化等工艺不同，使用新型水凝胶收集的水需要较少的处理用于不同的用途。我们的发明也有可能大大扩展，以充当浮动捕水农场。这种方法可以使农村社区受益通过创造性地应用新颖的解决方案，我们希望为缓解全球水危机做出贡献，“助理教授Tan说。

下一步

新的研究小组正在研究如何改进水凝胶的性能和水收集过程。他们还在探索提高水凝胶吸收能力的创新方法。此外，新加坡国立大学的研究人员热衷于与商业合作伙伴合作，将这一理念推向市场。

More information: Dilip Krishna Nandakumar et al. Solar Energy Triggered Clean Water Harvesting from Humid Air Existing above Sea Surface Enabled by a Hydrogel with Ultrahigh Hygroscopicity, Advanced Materials (2019). DOI: 10.1002/adma.201806730

Journal information: Advanced Materials

原文链接：https://phys.org/news/2019-07-reusable-hydrogel-harvest-desalinated-humid.html

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