全球聚焦：MIT開發(fā)的含鹽水凝膠可以從空氣中吸水 即使在沙漠條件下也能吸水
研究人員創(chuàng)造了一種超吸水性水凝膠，即使在沙漠條件下，它也能比以前報(bào)道的材料更大量地從空氣中吸收水分。 這種新材料為創(chuàng)造一種有效、可持續(xù)的方法來解決水資源短缺這一重要問題打開了大門。
水是人類生存、能源、糧食生產(chǎn)和健康生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵。 與此同時(shí)，由于環(huán)境條件的變化，氣候變化增加了維持全球水和能源供應(yīng)的負(fù)擔(dān)。 據(jù)聯(lián)合國兒童基金會(huì)稱，世界上近三分之二的人口每年至少有一個(gè)月經(jīng)歷嚴(yán)重缺水。
在尋找能夠收集水的創(chuàng)新材料時(shí)，能夠從空氣中吸收水分的水凝膠 - 吸濕水凝膠引起了研究人員的注意。 為了在各種環(huán)境情況下有效和可用，這些水凝膠需要低成本、可擴(kuò)展和可持續(xù)，并提供高度的水蒸氣吸收。
(資料圖片)
麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種超吸水性水凝膠，即使在類似沙漠的條件下也能滿足所有這些要求。 這種材料吸收能力的關(guān)鍵是在水凝膠中加入一種特殊的鹽，即氯化鋰。
在閱讀了其他使用水凝膠和鹽的混合物的研究后，研究人員決定使用高度吸濕的氯化鋰。 它能夠吸收超過其質(zhì)量 10 倍的水分。 但它需要一種材料來容納從空氣中收集的鹽分中的水分。 這就是水凝膠的用武之地。
“這是兩全其美的做法，”該研究的主要作者古斯塔夫·格雷伯 (Gustav Graeber) 說。 “水凝膠可以儲(chǔ)存大量的水，鹽可以捕獲大量的水蒸氣。 所以你很想把兩者結(jié)合起來是很直觀的?！?/p>
研究人員通過將水凝膠圓盤滴入含有不同濃度氯化鋰鹽的溶液中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 每天他們都會(huì)稱重，以查看水凝膠中注入了多少鹽。 浸泡 30 天后，研究人員發(fā)現(xiàn)水凝膠每克凝膠吸收了 0.8 盎司（24 克）的鹽。 先前的研究已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 0.2 盎司（6 克）的鹽吸收，但水凝膠在鹽溶液中的停留時(shí)間并沒有那么長(zhǎng)。
在各種濕度條件下測(cè)試了載鹽水凝膠。 研究人員發(fā)現(xiàn)，在 30%、50% 和 70% 的濕度范圍內(nèi)，水凝膠吸收水分而不會(huì)滲漏。 據(jù)研究人員稱，即使在 30% 的相對(duì)濕度（低于沙漠夜間的濕度）下，水凝膠每克材料也能吸收 0.06 盎司（1.79 克）的水，比之前測(cè)試的水凝膠多 15%。 水可以被加熱、冷凝并收集為超純水。
“夜間的任何沙漠都會(huì)有那么低的相對(duì)濕度，因此可以想象，這種材料可以在沙漠中產(chǎn)生水，”該研究的合著者之一卡洛斯·迪亞茲-馬林說。
研究人員面臨的下一個(gè)挑戰(zhàn)是加快吸水過程?！白畲蟮?、意想不到的驚喜是，通過這種簡(jiǎn)單的方法，我們能夠獲得迄今為止報(bào)道的最高蒸汽吸收量，”Graeber 說。 “現(xiàn)在，主要關(guān)注點(diǎn)將是動(dòng)力學(xué)以及我們能讓材料吸收水分的速度。 這將使您能夠非常快速地循環(huán)使用這種材料，這樣您就可以一天收集 24 次水，而不是每天一次回收水。”
因?yàn)樗梢钥焖?、大?guī)模地制造，除了作為一種有效的水收集器之外，研究人員正在考慮他們的咸水凝膠的其他應(yīng)用。
“我們一直與應(yīng)用無關(guān)，因?yàn)槲覀冎饕P(guān)注材料的基本特性，”Díaz-Marín 說。 “但現(xiàn)在我們正在探索截然不同的問題，例如如何提高空調(diào)效率以及如何收集水。 這種材料由于其低成本和高性能，具有巨大的潛力。”
該研究發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。
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