重大突破!MIT“空气取水”系统产量倍增 大规模应用指日可待
原创
2020-10-15 14:42 星期四
财联社 黄君芝

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,三年前,为解决干旱地区的水资源短缺问题,麻省理工学院(MIT)研发了一种“空气取水”的系统,该系统可以利用金属有机框架材料(MOFs)从干燥地区的空气中提取水资源,而且能源来源是太阳能。当地时间10月14日,MIT宣布其终于解决了该系统的产量问题,大规模应用指日可待。

虽然从空气中提取水资源的技术早就有了,但这些设备的表现取决于空气的湿度,或者说取决于大气中水分的含量。传统的空气取水装置要求空气湿度须在50%以上,还需要制冷、抽水机和压缩机等设备,这些设备还需要消耗额外的能源并进行维护。而此前麻省理工的发明可以从湿度在20%左右的干燥空气中提取水分,而且是依靠太阳能电池板的被动供电。

在此前MIT提出的概念中,空气会在夜间进入一层MOF材料,而第二天早上,来自太阳的热量就会将水分以水蒸气的形式从MOF材料中释放出来,随后就是压缩和收集的过程了。但这种材料价格昂贵且供应有限,而且该系统的水输出量不足以满足实际系统的需要。

经过3年时间的不懈努力,研究人员现在表示,如今通过采用解吸和冷凝的“双层设计”,再加之新吸附材料的使用,该设备的产量已经显著提高,其可扩展性也得到了极大的提高。据悉,新设计使用了一种叫沸石的吸附材料,取代了MOF。这种材料易于获得,稳定性好,而且也具有合适的吸附剂性能。

具体而言,新的“双层设计”巧妙地利用了水在相变时产生的热量。盒子状系统顶部的太阳能吸收板收集太阳的热量,加热沸石,释放出该材料在夜间捕获的水分。蒸汽在集热板上凝结,这个过程也会释放热量。集热板是一块铜板,直接位于第二层沸石层的正上方并与之接触,在该层中,冷凝热被用来从下一层释放蒸汽。从这两层中收集的水滴最终汇集到一个收集槽中。

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据悉,新系统的整体生产能力较三年前的早期版本翻了一倍,尽管准确的速率还要取决于当地的温度变化、太阳通量和湿度水平。此外相比之下,新系统可以在湿度低至20%的情况下工作,除了阳光或其他可用的低等级热源外,不需要任何能源输入。

研究人员还表示,关键是双层架构的设计,它的有效性已经被证明,人们可以通过寻找更好的吸附材料,以进一步提高生产率。目前每平方米每天约0.8升水的产量在某些应用中可能已经足够,但如果通过进一步的微调和材料替换,产量还将进一步提高,这可能会成为大规模的实际应用。

“目前已经有一种材料正在开发中,这种材料的吸附力比这种特殊的沸石大5倍,可能会导致相应的水产量增加。”研究人员补充道。

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