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盘点改变水状况的水凝胶技术，新型水凝胶竟在沙漠中造水

文章来源：贤集网更新时间：2023-06-27 15:21:20

水是人类赖以生存的重要元素之一，如今全球还有无数人因为找不到足够的饮用水而发愁。与此同时，由于环境条件的变化，气候变化增加了维持全球水和能源供应的负担。据联合国儿童基金会称，世界上近三分之二的人口每年至少有一个月经历严重缺水。

在寻找能够收集水的创新材料时，能够从空气中吸收水分的水凝胶 - 吸湿水凝胶引起了研究人员的注意。为了在各种环境情况下有效和可用，这些水凝胶需要低成本、可扩展和可持续，并提供高度的水蒸气吸收。本文就来盘点国内外那些用水凝胶集水成果。

新型水凝胶利用阳光从海洋上空空气中采集淡水

2019年，新加坡国立大学的一个团队开发了一种新的水凝胶，它能够有效地捕获海洋上空空气中的水分，然后将其作为淡水释放出来。

据称锌基材料的吸收性是现有干燥剂（如硅胶和氯化钙）的8倍以上 - 它的吸收能力是水中干重的4倍以上。此外，与传统干燥剂的情况不同，不需要电力将水从其中取出，凝胶还可以被重复使用超过1000次。

在现场试验中，含有水凝胶的漂浮装置被放置在海洋表面的海滩上。随着水蒸气随后从盐水中蒸发出来，凝胶收集到微小的空气中的蒸汽液滴。一旦材料饱和，将其放置在封闭的玻璃盒中，该玻璃盒留在炎热的阳光下。

“我们的发明也有可能大大扩展，起到浮动捕水农场的作用，”负责该研究的首席科学家Tan Swee Ching副教授说道。“这种方法可以使获得清洁水的农村社区受益。通过创造性地应用新颖的解决方案，我们希望为缓解全球水危机做出贡献。”

这样加热到45到50ºC（113和122ºF）之间，凝胶以蒸气的形式释放出储存的淡水。蒸汽凝结在盒子的壁上，并以液体形式收集。相比之下，硅胶等材料必须加热到相当高的温度，通常需要电源。

低成本凝胶薄膜将空气转化为饮用水

据BGR报道，得克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员创造了一种集水凝胶，能够从稀薄的空气中提取水。这种凝胶可能是革命性的，是因为它的成本很低，创造过程简单。这种集水凝胶之所以如此便宜，是因为它有两种主要成分：第一种，纤维素，来自植物的细胞壁。因此，它可以广泛获得，而且容易获得。第二种成分是魔芋胶，是一种食品添加剂，在全世界被广泛使用。

这两种成分结合在一起，形成了负责从空气中吸收水分的凝胶膜。一旦被吸收，凝胶也可以很容易地将其释放出来，而不需要太多的能量来完成。但它是如何工作的呢？

根据研究人员在《自然·通讯》上发表的一篇论文，凝胶的多孔结构吸引了它周围空气中的水。然后它在凝胶内凝结，将其储存起来。不过，要释放它，研究人员所需要做的就是对纤维素施加温和的热量。当遇到温和的热量时，纤维素会变成疏水性，并释放出捕获的水。这使集水凝胶能够发挥其作用。

在测试中，集水凝胶能够在一个湿度为30%的地区每天吸收13升的水。即使当湿度下降到15%时，该凝胶每天也能产生超过6升的水。研究人员还认为他们可以提高凝胶的效率，这将使它能够从周围的空气中吸收更多的水。

但这种廉价的集水凝胶最令人印象深刻的是，它也很容易制作。研究人员说，制作这种凝胶所需要做的就是将基本成分混合在一起。混合后，将成分倒入一个模具中，它必须设置两分钟。从那里，他们将产品冷冻干燥，并将其从模具中剥离出来。

在这一点上，凝胶已经可以开始工作了。另外，可以很容易地对它进行缩放，以任何方式塑造它。

含盐水凝胶在沙漠空气中也能吸水

在全球水资源短缺的背景下，麻省理工学院（MIT）的研究人员开发出一种新的超吸水水凝胶，这一创新性的技术可能对沙漠和干旱地区的水资源利用带来革命性的影响。

这种独特的水凝胶材料具有极强的吸湿能力，能够从空气中吸取水分。令人惊奇的是，该材料能够在干燥条件下，即使相对湿度仅为30%，也能持续有效地吸湿。

更令人兴奋的是，这种材料在吸湿后并无泄漏问题，能够经过加热、冷凝和收集的过程，最终得到纯净的水。这款超吸水水凝胶的神秘之处在于其特殊的材料组成。其核心成分是一种常用于纸尿裤等产品的吸湿材料—水凝胶。然而，MIT的工程师们不满足于这一点，他们通过注入干燥能力强大的盐类—氯化锂，使得水凝胶的吸湿能力得到了显著增强。

在过去的研究中，水凝胶中盐的含量总是受到限制，然而，MIT的研究团队成功地突破了这一瓶颈，使得这种强化的水凝胶在极度干燥的环境中也能实现前所未有的吸湿性能。

"我们一直在探索材料的基本性质，并没有限定于某一特定应用场景。" MIT机械工程研究生Carlos Díaz-Marin表示，"但现在我们在研究各种可能的应用，包括提升空调的效率以及如何收集水。考虑到这种材料具有低成本和高性能的优点，其潜力无法估量。"

如果能够大规模生产这种超吸水水凝胶，它有望用于被动式的水收集，也可以整合到空调系统中，通过除湿来节约能源。MIT的研究团队采取了一种创新的方法，将氯化锂注入水凝胶的时间从之前的24到48小时延长到了几天甚至几周。这一尝试的结果超出了所有人的期望，经过30天的处理后，每克水凝胶中吸收了高达24克的盐，这是之前纪录的四倍。

这种超强的吸水性能在各种湿度条件下都得到了验证。即使在相对湿度为30%的极其干燥的环境中，每克水凝胶也能吸收惊人的1.79克水分。

Díaz-Marin充满期待地表示："任何沙漠的夜晚都有如此低的相对湿度，因此理论上，这种材料可以在沙漠中产生水。"他指出，他们的下一步目标是提高材料的吸湿速度。

另一名团队成员Gustav Graeber补充道："最令人震惊的是，通过这样简单的方法，我们得到了迄今为止最高的吸湿量。现在，我们的主要关注点将放在动力学上，即如何快速吸湿。这将使得这种材料能够更快地循环，不仅每天能收集一次水，甚至有可能实现每天多次收集水。"

这项由MIT设备研究实验室进行的研究展示了这种超吸水水凝胶的巨大潜力，它可能是实现更加可持续的水资源收集和节能行为的关键。

全球水资源安全是一个日益重要的议题，人口增长、气候变化以及工业需求的增加使得这一问题愈加严重。这种超吸水水凝胶可能为改善全球水资源安全，特别是在资源稀缺地区的水资源问题，提供一种创新的解决方案。

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_528728.html
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