Mathieu Prévot displays water collected by the harvester

信用:授予格洛弗/南阿拉巴马大学

通过在莫哈韦沙漠的收集器(前景)收集365体育伯克利分校博士后马修prévot显示器水。

缺水世界范围内日益严重的问题,美国365体育伯克利分校的研究人员已经接近生产微波炉大小的水收割机,让你拉你直接从空气中需要的所有的水 - 即使是在炎热,干燥的沙漠。

在一份文件中出现 本周在ACS中央科学美国化学学会期刊,美国化学协会的奥马尔·亚吉和他的同事描述了他们的水收割机的最新版本,每公斤每天可以从低湿度空气中抽取超过5杯水(1.3升)(2.2吸水材料,一种非常多孔的物质,称为金属有机骨架,或mof。这超过了保持活力所需的最低限度。

在实地测试三天在加利福尼亚州的干旱莫哈韦沙漠,收割机可靠地生产每人每天吸收公斤0.7升 - 近三个杯子干净,纯净水中。这比以前的版本收割机的高出10倍。收割机周期24/7,搭载由太阳能电池板和电池。

即使在最干燥的天在沙漠中,用7%的非常低的相对湿度和温度超过华氏80度时,收割机产生的每天每MOF的公斤水6盎司(0.2升)。

的“是公知的是,为了在低湿度空气冷凝水 - 小于40%的相对湿度 - 需要将空气冷却到低于冰点,到零摄氏度,这是不切实际的。我们的收割机,我们在非常低的湿度,无这种冷却这样做;还有就是可以做的,没有任何其他的材料,说:”亚吉,化学和能源科维理研究所纳米科学的联合负责的365体育伯克利分校教授。 “这不像除湿器,其在高相对湿度操作。有人说用0.7升左右不是很多的水。但它是一个大量的水,如果没有水“。

Water harvester close-up
水收割机的最新版本打击环境空气在充满财政部墨盒(可见内有机玻璃箱)。财政部从干旱空气,然后将其从通过温和加热所述MOF除去拉水。浓缩水蒸汽通过管中在右吹出到冷凝器。这个过程中饮用产生水,即使是在枯燥的莫哈韦沙漠地区。
信用:马修prévot/365体育伯克利分校

yaghi的创业公司,水收割机公司,正在测试并将很快销售一台微波炉大小的设备,每天可以供应7到10升水:足够的饮用和烹饪水,每天2-3到3个成年人,基于国家科学院的建议,男性每天应消耗3.7升液体和2.7升液体。

一个更大的收割机,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,该公司希望拥有一台村规模的收割机,每天可生产20,000升。所有这些都可以通过太阳能电池板和电池或电网供电。

“我们正在制造超纯水,这种水可以在不与水网连接的情况下广泛使用,”化学学院的詹姆斯和奈特尔特的椅子yaghi说道。 “这种水的流动性不仅对那些遭受水资源压力的人来说至关重要,而且还有可能实现更大的目标 - 水应该是人权。”

关键:高度多孔的摩擦

365体育伯克利分校的科学家在亚利桑那沙漠​​测试了他们的第二代水收割机在2017年。最新的版本是10倍,比以前的版本更富有成效。
信用:罗克珊makasdjian和斯蒂芬·麦克纳利/365体育伯克利分校

收割机的秘密成分是由yaghi和他的同事伯克利同事发明的一种mof,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,以便收集水分。自20世纪90年代中期以来,yaghi一直在开发的mofs非常多孔,以至于克的表面积相当于足球场。其他类型的mofs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年提出了他们的第一个吸水性mof,称为mof-801。环境空气中的水分子粘在内表面 - 这个过程称为吸附 - 并将mof内的湿度增加到水凝结的程度。即使在室温下,就像湿度较高时水冷凝在较冷的表面上一样。当mof略微加热时,水会回流并凝结并收集。

第一台采用mof-801的收割机 2017年首播 它是完全被动的和太阳能驱动的:它在晚上坐着吸水,第二天在太阳的热量下放弃,水蒸气凝结在容器的内表面上。

到2018年,yaghi的伯克利团队将这种概念验证设备变成了一个 第二代收割机 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 - 略多于2盎司 - 的水,再次利用太阳的热量将水驱出mof。

“虽然水量很低,但实验表明沙漠空气中的水可以浓缩到自然的孔隙中,通过温和的阳光加热去除,然后在环境条件下凝结,”yaghi说。

2019年的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吹过环境空气,使更多的mof暴露在空气中。填充有mof的盒子,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,使收割机可以在晚上运行,也为小型加热器供电,驱动水从电磁炉中流出。

这台新型水力收集机的生产能力是之前设备收获量的10倍,比早期的概念验证设备高出100倍。在水中没有发现金属或有机物的痕迹。

Hanikel, Glover and Prévot with water harvester
365体育伯克利分校的研究生尼基塔hanikel,授予南阿拉巴马大学和伯克利博士后马修prévot的格洛弗显示从水中收割机去年秋天在莫哈韦沙漠中收集的水。
信用:马修prévot/365体育伯克利分校

新设备的改进的生产率和更短的循环时间来自一个新设计的MOF,MOF-303,是基于铝,相对于MOF-801,它是基于锆。 MOF-303可以容纳更多的30%的水比MOF-801和可以吸附在仅20分钟行程脱附水在理想条件下 - 这是亚吉的启动是接近实现。

“mof-303做得非常好:它比我们之前报道的锆含有更多的水,而且它的速度要快得多,”yaghi说。 “这样可以让水进出更快;你可以抽空气,每天多次循环收水。“

yaghi几乎每天都会向世界各地的人们,代理商和国家询问他的收割机,其中很多都在中东,非洲,南美洲,墨西哥,澳大利亚和地中海的干旱地区。收割机改造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,作为联合kacst-uc伯克利合作的一部分,称为纳米材料和清洁能源应用的卓越中心。 jaghi来自另一个干旱的国家,乔丹说,沙漠王国长期以来一直缺乏对收割者潜力的欣赏。

他说:“这里的气氛几乎与所有河流和湖泊一样多。” “收获这些水有助于将干燥的沙漠变成绿洲。”

uc berkeley研究生nikita hanikel和博士后研究员mathieuprévot是该论文的共同第一作者。其他共同作者是farhad fathieh,eugene a。 kapustin,hao lyu,haoze wang和uc berkeley和t的nicolas diercks。在阿拉巴马州南部大学移动手机。 yaghi是劳伦斯伯克利国家实验室的一名教师科学家。