界面光热辅助的液体吸附剂基空气取水器

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随着人类社会和经济的长足发展,清洁水的消耗和对生态系统的严重污染使人类面临着前所未有的水危机。据报道,全球约有三分之二的人口(40亿人口)在一年的时间里至少有一个月的时间生活在适度缺水的条件下,更糟糕的是,约有7.83亿人没有直接可见途径获得清洁可饮用水,每天需要花费超过2亿小时来获取生活所需的清洁水,特别是在农村或欠发达地区缺水状况尤为严重。然而,大气中储存巨大的淡水资源,从空气中获取水被认为是一种很有前途的淡水生产方向,尤其是对于缺乏直接获得清洁水途径的地区。吸附-脱附法作为获取空气水分的一种有效方法因为其高露点、能量利用高和装置简单灵活而被研究甚多,其中吸附剂的选择尤为关键。固体吸附剂如无机盐、混合水凝胶、硅胶、沸石、活性氧化铝、粘土、金属-有机骨架等虽已被大量研究用于空气取水,但其一直面临着耐久性不佳、体系连续性差和成本较高等问题。相较而言,液体吸附剂在这些方面优势突出,但是液体吸附剂脱附困难严重制约了其发展应用。具体而言,随着液体吸附剂质量分数的增加,其吸附能力越强,但是由于其蒸发焓增加,同时也增加了脱附的能量势垒,使得被吸附的水难以脱附。在本文中,我们首次将界面光热-蒸汽应用于空气取水领域来提高液体吸附剂的脱附速率,解决了高质量分数液体吸附剂脱附困难这一棘手问题,并设计了一种基于高质量分数液体吸附剂(Ca Cl2 50 wt%溶液)和抗盐氧化石墨烯纤维素复合气凝胶的高性能空气取水器(AWG)。其抗盐气凝胶实现了在高质量分数无机盐溶液快速连续的脱附而无盐析出。该空气取水器在户外70%RH左右的相对湿度下可生产纯净水(2.89 kg m-2 day-1),且在仅1sun太阳光能量输入时,系统脱附效率高达66.9%。这种低成本和高产水性能空气取水装置提供了一个有前景的取水方法,尤其对干旱、内陆和其他经济欠发达淡水稀缺地区。
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