集水器利用金属有机框架材料从干燥的空气中吸取水分子，冷凝为纯水。
水资源短缺的问题在全球范围内日益严重。美国加州大学伯克利分校（下文简称UCB）的研究人员即将推出的这款饮水收集器，有望为缺水问题提供解决方案。sciencedaily.com网站8月27日报道，UCB化学系教授Omar Yaghi等在《美国化学学会核心科学》杂志中描述了最新版本的饮水收集器。该收集器利用多孔有机金属框架材料（MOF）从空气中收集水分：每千克吸水材料每天可从低湿度空气中收集超过1.3升纯净水。这已经能满足维持生命最低标准的需要。集水器在干燥的沙漠中也有良好的表现——在加州干燥的莫哈韦沙漠进行的3天多的野外试验中，集水器每天能收集0.7升纯水，产水量几乎是旧版本集水器的10倍。即便沙漠的相对湿度低至7%，温度超过80华氏度，集水器每天也能收集0.2升饮水。集水器的可靠性良好，在太阳能电池板和充电电池的支持下可以7×24小时持续运行。
Yaghi说：“众所周知，如果你想在低湿度（相对湿度低于40%）条件下冷凝空气中的水分，需要将空气冷却到低于零摄氏度，但这在实际应用中是不切实际的。我们设计的集水器无需低温冷却过程。有的人认为0.7升水好像不是很多，但在缺水时，这真的就是‘救命之水’。”Yaghi的创业公司Water Harvester Inc准备向市场投放微波炉尺寸的集水器，这款集水器每天可以提供7~10升水。根据美国国家科学院的建议值（男性3.7升/天，女性2.7升/天），这可以满足两到三个成年人每天的饮水量。小型冰箱尺寸的集水器每天能提供200~250升水，可满足一个家庭饮用、烹饪和淋浴的需求。几年之后，Water Harvester Inc希望能开发出日均产水量达到2万升的村级集水器。以上所有的集水器都使用太阳能电池板和内置电池供能，不会对电网产生额外负荷。Yaghi补充说：“我们正在制造脱离水网的超纯水。这对缺水人群非常重要，健康的饮水关乎人权。”
Yaghi等制造的集水器的关键部件是MOF。它很容易从空气中吸收水分并排出。自上世纪90年代中期以来，Yaghi一直从事MOF的研究工作。MOF具有高多孔性，一克MOF的表面积就与足球场相当。其他类型的MOF还可以从烟气中捕捉二氧化碳或分离石化产品等。研究人员在2014年推出了首款集水材料（MOF-801）。空气中的水分子经吸附作用粘附在MOF-801内表面，然后在受热时以液体形式流出。基于MOF-801的集水器在2017年首次亮相，它由太阳能驱动，夜间吸水，日间排水。到2018年，Yaghi团队将其概念验证设备转化为了第二代集水器。这种集水器在太阳能驱动下，在亚利桑那沙漠的一个昼夜周期内可以收集0.07升水。Yaghi说：“虽然饮水产量很低，但这表明MOF是能够从沙漠空气中收集到水分的。”
新集水器采用了“主动式”运转机制，它利用太阳能电池板为风扇提供动力，将更多空气吹入机器中，提高了MOF的空气接触率。内置电池由太阳能充电后，使集水器也可以在夜间运行。新集水器的产量是上代设备的10倍，是早期概念机的上百倍。集水器收集的水是安全的，水中没有检测出金属或有机物。新装置的高产率和短循环时间得益于新设计的集水材料MOF-303。铝基的MOF-303的容水量比锆基的MOF-801高30%。在理想条件下，只需20分钟就能完成水分子的吸附-解吸过程。
Yaghi团队的成果已经受到了诸多位于干旱地区的国家的关注。Yaghi说：“不论何时，大气中的水都几乎和河流湖泊中的水一样多。收集空气中的水分，或许可以将干旱的沙漠变为绿洲。”
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编译：雷鑫宇 审稿：阿淼 责编：唐林芳
期刊来源：《美国化学学会核心科学》期刊编号：2374-7943
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190827170603.htm
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