空氣中取水

昌海

空氣中水資源豐富

位于南美洲國家智利的阿塔卡馬沙漠是世界上最干旱的地區(qū)之一，據(jù)記錄，這里曾長達(dá)400多年沒有下過雨，年平均降水量不足0.1毫米。

然而，這么干旱的地區(qū)，仍有生命存在，一些植物能夠從霧氣中、空氣中捕捉微量的水分，化為己用。一些小動物也能夠直接從空氣中獲取水分，如生活在沙漠中的納米布沙漠甲蟲，它們利用自身翅膀的特殊紋理，將空氣中的水分收集起來。

其實，我們的大氣中所含的淡水資源是豐富的，不僅是霧、云，無處不在的空氣中也有許多水分子的存在，只不過肉眼看不見罷了。據(jù)計算，全球大氣的含水量是地球上所有河流總量的8倍。雖然空氣中含有這么多水分，但只有一部分的植物和動物能夠直接從空氣中獲取水分。如果人類也能夠擁有這種特殊技能，該有多好。這樣一來，不就解決干旱地區(qū)的用水問題了嗎？

所以近幾十年來，科學(xué)家們一直在研究從空氣中獲取淡水的方法。全球各國的科學(xué)家采用了不同的方法試圖從空氣中獲取水資源，比如日本科學(xué)家設(shè)計的“人造山脈”降雨法，俄羅斯科學(xué)家運(yùn)用噴霧機(jī)降雨法等，但這些方法都耗資耗能，難以商業(yè)化。因此科學(xué)家開始研究低能耗且成本低的方法。

太陽能裝置空氣中取水

2017年，美國麻省理工學(xué)院和加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的研究人員共同研制了一種僅利用太陽就能從空氣中吸取水資源的新裝置。

這個裝置運(yùn)用了一種金屬有機(jī)框架材料，金屬有機(jī)框架材料是一種新型材料，是一種有機(jī)配體和金屬離子或團(tuán)簇通過配位鍵自組裝形成的具有分子內(nèi)孔隙的有機(jī)-無機(jī)雜化材料。這個裝置分為上中下三部分，上方是冷凝器，中間是金屬有機(jī)框架，下方為太陽能電池板加熱器。金屬有機(jī)框架能夠吸附空氣中的水蒸氣，底部的太陽能電池板負(fù)責(zé)加熱，使金屬有機(jī)框架材料吸附的水蒸氣受熱上升至最上方的冷凝器中凝結(jié)成液態(tài)小水滴，再滴入儲水的容器中。

研究人員表示，這種裝置在空氣濕度為20%～30%的空氣中，工作12小時能夠收集2.8升水。一個人除去每天吃的各種食物中所含的水分外，另外大約還需要飲用1升到1.2升水。人們感覺舒適的環(huán)境空氣濕度為60%～70%，空氣濕度小于40%的地區(qū)可視為干旱地區(qū)。也就是說，一臺裝置能夠在干旱的地區(qū)，從空氣中吸取的水量供兩個人飲用綽綽有余。

這種裝置的優(yōu)點是體積小，利用的是可再生能源——太陽能，太陽能可以說是干旱地區(qū)最充足的資源了。但這種裝置的缺陷也是明顯的，只能在有太陽的時候工作，收集的水分也不夠多，而且在空氣濕度低于20%的地區(qū)，它就沒有什么大用途了。

納米技術(shù)空氣中取水

最近，加拿大的一家公司生產(chǎn)出了一種利用納米技術(shù)從空氣中提取淡水的機(jī)器，被稱為“水資源收割機(jī)”。

“水資源收割機(jī)”的水分收集部分運(yùn)用了碳納米管，碳納米管直徑只有幾納米，它的上下有兩層不同的材料，上層是親水材料，下層則是疏水材料，當(dāng)空氣中的水分接觸到該碳納米管上層，就會被親水的一層捕捉到，在碳納米管的毛細(xì)現(xiàn)象作用和重力作用下滲透到下層，由于內(nèi)層疏水，在表面張力的作用下，這些水分會聚集成小水滴，小水滴會被收集到下方的收集器中。整個過程不需要任何額外的能量，并且無論在多干旱的地區(qū)都能夠正常工作。

為了加速空氣的流通，使水分收集的速度更快，“水資源收割機(jī)”上還安裝了一個小風(fēng)扇，小風(fēng)扇只有臺式電腦的散熱風(fēng)扇那么大，它的驅(qū)動由安裝在裝置上方的一塊小太陽能電池板供能。小風(fēng)扇所需能量并不多，由于干旱地區(qū)的太陽能資源十分豐富，所以太陽能電池板會產(chǎn)生過剩的能量，這些能量將被儲存在裝置底部的電池中，供風(fēng)扇夜間使用。

這家公司目前生產(chǎn)了12臺小型這樣的機(jī)器，每臺機(jī)器每天能夠收集20升水，另外，他們還生產(chǎn)了一臺大型“水資源收割機(jī)”，經(jīng)過實驗，這臺裝置能夠每天收集大約1000升水。并且，裝置的造價并不昂貴，只要數(shù)量足夠，就可以解決干旱地區(qū)的用水問題。

小貼士

團(tuán)簇

團(tuán)簇是納米材料材料尺度的一個概念，人們把團(tuán)簇看成是介于原子、分子與宏觀固體物質(zhì)之間的物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新層次，是各種物質(zhì)由原子分子向大塊物質(zhì)轉(zhuǎn)變的過渡狀態(tài)。