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加州大学伯克利分校的博士后研究员MathieuPrévot在莫哈维沙漠展示制水机 随着水资源短缺问题成为全球日益严重的问题，加州大学伯克利分校的研究人员开发出一种微波级制水机，可以让您直接从空中获取所需的水，即使在炎热干燥的沙漠中也是如此。 美国加州大学伯克利分校的奥马尔·亚吉(Omar Yaghi)和他的同事在本周出版的《美国化学学会·核心科学》期刊（ACS Central Science）的一篇论文中描述了他们的制水机的最新版本，它可以从每公斤吸水材料中制造出0.7升水。这是一种非常多孔的物质，称为金属有机骨架（MOF）。 研究人员在加利福尼亚干旱的莫哈韦沙漠中进行了三天的现场测试，制水机每天可靠地生产纯净水。制水机可以每周7天，每天24小时循环工作，由太阳能电池板和电池供电。 即使在沙漠中最干燥的一天，相对湿度极低，为7％，温度超过26.6摄氏度，制水机每公斤材料每天也能制出0.2升水。 加州大学伯克利分校化学教授兼Kavli能源纳米科学研究所联合主任的亚吉说：“众所周知，为了从低湿度（相对湿度小于40％）的空气中冷凝水 ，你需要将空气冷却到冰点以下，零摄氏度，这是不切实际的。使用我们的制水机，我们在非常低的湿度下进行此操作而没有冷却，没有其他材料可以做到这一点。有人说0.7升并不是很多水。但如果你没有水，那就是很多水。“ 制水机构造图 水收集器将环境中的空气吹过装有MOF的盒子（有机玻璃盒内可见）。MOF从干燥空气中抽水，然后通过加热从MOF中除去。浓缩的水蒸气通过管子从右侧吹向冷凝器。即使在像莫哈韦沙漠一样干燥的地区，这一过程也会产生饮用水。 亚吉的创业公司“水收割机”（Water Harvester Inc.）正在测试并将很快销售一种微波炉大小的设备，每天可以供应7到10升的水：足够2-3到3个成年人每日的饮用和烹饪用水。 一个更大的版本有大约一个小冰箱的大小，每天将提供200至250升水，足以供家庭饮用，烹饪和淋浴。在几年内，该公司希望制造出一台大规模的制水机，每天可生产20000升水。所有这些都将依靠太阳能电池板和电池或电网供电。 亚吉说：“我们正在生产超纯水，可以在不与水网连接的情况下广泛使用。” 制水机的核心是由亚吉及其加州大学伯克利分校的同事发明的一种金属有机骨架材料，它可以轻松快速地从空气中吸收水分，同时也很容易将其排出，以便收集水。 自20世纪90年代中期以来，亚吉团队一直在开发多孔MOF，其 每克的表面积相当于足球场大小。其他类型的MOF能够从烟道气中捕获二氧化碳，催化化学反应或在加工厂中分离石化产品。 研究人员在2014年发明出了他们的第一个吸水MOF，称为MOF-801。空气中的水分子粘附在内表面（这个过程称为吸附）， 并将MOF内的湿度增加到水凝结的程度，就像湿度较高时水冷凝在较冷的表面上一样。当MOF稍微加热时，水会回流并可以冷凝和收集。 使用MOF-801的第一台制水机于2017年首次问世，完全被动采用太阳能供电：它在夜间吸水，第二天在太阳的热量下放水，水蒸气冷凝在容器内表面上。 亚吉研发团队 到2018年，亚吉的伯克利团队将这种概念验证设备变成了第二代制水机，在亚利桑那沙漠的一个昼夜循环期间，每天每千克MOF收集0.07升水。 亚吉说：“尽管水量很低，但实验表明沙漠空气中的水可以浓缩到MOF的孔隙中，通过温和的阳光加热去除，然后在环境条件下凝结。” 2019年型号不再是被动式的：它使用太阳能电池板为风扇吹动盒内的MOF上的环境空气，使更多的MOF暴露在空气中。装有MOF的滤筒，大约10平方英寸，厚5英寸，与两组通道相交：一组用于吸附水，另一组用于将其排出到冷凝器，允许全天连续循环。太阳能电池板连接到电池上，以便制水机可以在夜间运行，也为小型加热器供电，从而将水驱出MOF。 这种新型水力收集机的生产率是之前设备收获量的10倍，比早期的概念验证设备高100倍。在水中没有发现金属或有机物的痕迹。 新设备的生产率提高和循环时间缩短来自新设计的MOF，MOF-303，它基于铝，而不是基于锆的MOF-801。MOF-303可以比MOF-801多截留30％的水，并且在理想的条件下可以在20分钟内吸附和吸水。 亚吉说：“MOF-303做得非常好：它比我们之前的锆MOF吸收更多的水，而且它的速度要快得多。这样可以让水进出更快。可以每天多次循环收水。“ 亚吉几乎每天都会向世界各地的人，机构和国家回答他制水机的咨询，其中来自中东，非洲，南美洲，墨西哥，澳大利亚和地中海沿岸的干旱地区。 用于改进制水机的大部分资金来自沙特阿拉伯的阿卜杜勒阿齐兹国王科技城，作为“纳米材料和清洁能源应用卓越中心”合作的一部分。 亚吉来自另一个干旱国家约旦，他认为沙漠国家长期缺水，这意味着制水机具有很大的应用潜力。他说：“任何时候，空气中都含有几乎和河流湖泊一样多的水。收获这些水有助于将干燥的沙漠变成绿洲。” |
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