新型两级集水系统原型机。
techxplore.com网站报道，美国麻省理工学院教授Evelyn Wang领导的研究团队在此前的设计基础上开发了一种两级式空气集水系统。
该系统能够依靠太阳能或其他低热源供热，从干燥的空气中提取水分，因此适合在干旱和缺乏电能的偏远地区使用。相关研究成果于当地时间10月14日刊登在《Joule》杂志中。
Wang团队早期设计的设备为集水系统提供了概念证明。该系统利用设备内部的温差，使吸附材料能在夜间从空气中吸收水分。次日，当材料被阳光加热时，高温顶部和遮蔽底部之间的温差使水分脱离吸附材料，在收集板上凝结。
然而，这个装置需要使用金属有机框架（MOFs）材料。MOFs价格昂贵，并且供应有限。因此，早期系统的出水量无法满足实际需求。
研究人员表示，通过添加第二阶段的解吸和冷凝，并换用其他吸附材料，设备的产量和可扩展性得到了显著提升。
在新系统中，Wang等采用沸石替代了MOFs。沸石的主要成分是微孔铁铝磷酸酯，其稳定性较好，并且具有合适的吸附性能。
论文作者、研究生Alina LaPotin在新系统中巧妙地利用了水在相变过程中产生的热量。系统顶部的太阳能吸收板收集太阳光的热量，加热沸石，释放出吸附材料在夜间捕获的水分。蒸汽在收集器上凝结，这个过程也会释放热量。这些热量被用于释放次层沸石的蒸汽。从每一层沸石中收集到的水滴，都会汇集到收集槽中。
Wang表示，虽然类似的两级式系统已经在海水淡化等领域有所应用，但其在大气水收集（AWH）方面的应用还有所欠缺。现有的AWH方法主要包括雾收集和露水收集，两种技术都存在明显的局限性。雾收集过程只能在相对湿度达到100%的环境中进行，而露水收集则需要高能耗的制冷方式来使水分凝结，且环境湿度不能低于50%。
相比之下，新系统可以在湿度低至20%的条件下工作，而且除了阳光或其他低热源外，它不需要任何的额外能源输入。
LaPotin表示，找到更好的吸附材料还能够进一步提高系统的出水率，目前已有新材料在开发中。通过技术微调和材料优化，大规模的实际应用是具备可行性的。Wang团队计划继续改进设备，开发出适应军事行动的野战便携式集水器。
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《Joule》
期刊编号：2542-4351
