水是生命之源,但如何获得安全的饮用水仍然是一项全球性的挑战。目前全世界仍约有22亿人无法获得安全的饮用水。大气层中富含水分,预计储存有相当于地球上所有湖泊淡水量的10%的水分, 总量超过1000亿吨。预计通过大气集水,或可为约10亿人提供安全饮用水,是应对缺水的潜在有效解决方案。然而,此前研究报道的硅胶、沸石和金属有机框架等材料,存在水分捕获能力低和制造过程昂贵等问题。近日,美国马里兰大学李腾教授课题组基于纯天然材料,掺杂低廉高效的LiCl吸水剂,构建了一种纯自然驱动的,无需其他能量输入的,在非干旱和干旱环境中都具有强大气集水能力的纯天然环保材料。
图1 制备纯天然环保空气集水材料的方法及其集水性能示意图。
图2 纯天然环保空气集水材料的形态、红外、紫外光谱分析和热稳定性分析。
图3 商用LiCl颗粒和纯天然环保空气集水材料在不同测试条件下的集水性能。
纯天然环保空气集水材料展现出了良好的集水性能循环稳定性。实验结果显示,在空气相对湿度为90%,温度为25℃的环境中,从第四次直至第十次吸水-放水循环开始,泡沫可以保持单次循环集水性能最大值的85%直至第十次循环结束。
图4 在不同光强条件下纯天然环保空气集水材料的水释放性能以及基于纯天然环保空气集水材料的一体化装置的集水效率。
论文信息:
Chen et al., All-natural, eco-friendly composite foam for highly efficient atmospheric water harvesting, Nano Energy, 110, 108371 (2023)
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108371
作者简介:
马里兰大学李腾教授团队专注于高性能可持续材料、软材料、低维纳米材料、原子尺度催化剂、能源存储材料等的设计与开发,相关研究成果发表在Nature, Science, Nature Review Materials, Nature Nanotechnology, Nature Sustainability, PNAS, PRL, JACS等国际顶级期刊,并于2022年荣获马里兰大学系统校董杰出科研创新奖, 2019年马里兰大学年度发明奖(物理科学领域),2018年荣获被誉为“国际发明创造奥斯卡”的R&D100大奖,2016年荣获国际工程科学学会青年科学家奖章。李腾教授现任马里兰大学先进可持续材料与技术实验室主任,Extreme Mechanics Letters副主编,李腾教授在2006年和哈佛大学锁志刚教授共同发起创建iMechanica.org,目前已经成为国际力学领域用户最多的网络资源平台。- 中科院北京纳米能源所:生物全可吸收纯天然材料摩擦纳米发电机 2018-06-29
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