缓解“用水焦虑” 我国科研团队研发新型核壳结构气凝胶

2023-08-25 21:36:49 来源：科技日报收藏

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科技日报记者金凤

如果能捕捉空气中的水分子，再将其转化成液态水用于工农业生产，或许可以缓解部分干旱地区的用水焦虑。近日，江南大学教授付少海团队联袂福州大学教授赖跃坤团队刊发的一项最新研究，给上述展望提供了一种技术路径。在这项研究中，团队设计了一种核壳结构的气凝胶，通过对其结构的亲水、疏水性能的调节，可以选择性地捕获、释放水分子，同时截留水汽中的盐。该成果近日发表于国际学术期刊《物质》。

水资源短缺给人类的生产带来了巨大挑战。有数据显示，预计到2050年，全球缺水人数将达到50亿。相关研究统计表明，空气中的水汽资源含量约为12900立方千米。因此，大气水收集技术受到研究人员的广泛关注，特别是对于干旱沙漠或少雨地区，大气水收集成为获取淡水的有效方法之一。

此次研究中，团队设计了一种特殊结构的气凝胶。“我们在气凝胶的内层添加了吸湿盐氯化锂，这种材料能直接从大气中捕获水分子。当水分子在气凝胶内富集到一定程度时，会变成液态水。然而，气凝胶内部孔道的容积有限，随着吸湿时间的增加，其内部所捕获的液态水易发生渗漏，并带走一部分吸湿盐，从而导致样品的吸湿能力下降。为了防止吸湿盐的渗漏，我们在气凝胶的外层设计了一层由纤维素构成的多孔疏水壳层。”论文的共同通讯作者付少海告诉科技日报记者，当水分子在气凝胶内富集到一定程度，会转化为液态水。当气凝胶收集到一定量的液态水后，再通过阳光照射，气凝胶外层的炭黑可以产生大量的热量，把内部的液态水转化成水蒸气释放出来。再借助其他设备，就可以将水蒸气转化为淡水。

这款气凝胶的关键在于多孔疏水壳层的孔径大小。如果孔径过小，水分子难以透过疏水壳层释放出来；如果孔径过大，则疏水壳层内部的吸湿盐会与其所捕获的液态水一同渗漏出来。经过计算，疏水层孔径在57纳米至1490微米之间时，气态的水分子可以顺利穿过疏水壳层且疏水壳层内部的液态水不会发生渗漏。

“我们希望能将这种气凝胶应用到我国的一些干旱少雨地区。这些地区夜晚气温低、空气湿度相对较大，可以将空气中的水分子捕获到气凝胶中；而白天则利用太阳照射，从气凝胶中提取淡水。这些淡水可以用于农业生产灌溉，也可以尝试用在城市农场里。不过，目前这还只是畅想，如果想产业化，还有一段很长的路要走。”付少海说。

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