近日，制冷與低溫工程研究所王如竹教授和李廷賢副教授等組成的能源-空氣-水ITEWA創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在化學(xué)領(lǐng)域期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上發(fā)表了題目為“Efficient Solar-driven Water Harvesting from Arid Air with Metal-organic Frameworks Modified by Hygroscopic Salt”的熱點(diǎn)研究論文，針對干旱地區(qū)缺水難題，開發(fā)了基于金屬有機(jī)骨架材料（MOFs）的新型復(fù)合吸附材料，應(yīng)用在空氣取水裝置中，實(shí)現(xiàn)了從空氣中吸附收集液態(tài)飲用水，具有效率高、零耗能、循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)勢。本文第一作者是制冷所博士研究生許嘉興和李廷賢副教授，通訊作者是李廷賢副教授和王如竹教授。
基于LiCl@MIL-101(Cr)復(fù)合吸附材料的太陽能驅(qū)動(dòng)空氣取水原理及性能比較
空氣取水技術(shù)是解決干旱地區(qū)水資源匱乏問題的重要思路和方法，其原理是采用吸附材料吸附夜間空氣中的水蒸汽，并在白天太陽能驅(qū)動(dòng)作用下實(shí)現(xiàn)水蒸汽脫附冷凝得到液態(tài)飲用水。美國麻省理工學(xué)院和加州大學(xué)伯克利分校合作率先報(bào)道了采用MOF-801實(shí)現(xiàn)干旱空氣取水的方法，吸附量為0.25kg水每千克MOF（Science 2017, 356, 430-434）。然而受限于目前吸附材料在低相對濕度下吸附量少的瓶頸問題，現(xiàn)有報(bào)道的空氣取水裝置取水量大多低于0.3kg水每千克吸附劑，難以進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
LiCl@MIL-101(Cr)復(fù)合吸附材料的制備與表征
本論文篩選了適合干旱條件下空氣取水應(yīng)用的最佳吸濕性無機(jī)鹽材料，為解決吸濕性鹽材料的吸附速率緩慢及熱穩(wěn)定性差的問題，提出了通過離子溶液滲透法將高吸濕性鹽氯化鋰封裝在多孔MOFs材料中制備復(fù)合吸附材料的新思路，成功制備了含鹽量高達(dá)51%的LiCl@MIL-101(Cr)復(fù)合吸附材料，具有水蒸汽吸附量大、吸附速率高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，在30%相對濕度條件下的水蒸汽吸附量高達(dá)0.77kg/kg，高于目前報(bào)道的MOF材料和MOF基質(zhì)復(fù)合材料在干燥空氣中水蒸汽的吸附量。
空氣取水裝置的構(gòu)建及其在一個(gè)太陽光照條件下的空氣取水性能
研究團(tuán)隊(duì)將制備的復(fù)合吸附材料應(yīng)用在空氣取水裝置中，實(shí)現(xiàn)了在低相對濕度條件下，從干燥空氣中快速吸附捕捉水蒸汽與自然光照下的加熱脫附收集。該裝置單次循環(huán)的空氣取水量高達(dá)0.45~0.70 kg/kg，高于目前國際頂級期刊的報(bào)道數(shù)據(jù)，該方法有望推動(dòng)基于吸附材料的空氣取水技術(shù)的發(fā)展與商業(yè)化應(yīng)用。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（No.51876117）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018YFE0100300）和國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目（51521004）的資助。王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA（Innovative Team for Energy, Water & Air）團(tuán)隊(duì)曾在Joule、Advance Materials等高水平期刊上發(fā)表多篇論文，致力于解決能源、水、空氣交叉領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過學(xué)科交叉實(shí)現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。
附：期刊簡介
《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）創(chuàng)刊于1888年，由德國化學(xué)會和John Wiley & Sons, Inc.聯(lián)合出版發(fā)行（IF: 12.257），是德國化學(xué)學(xué)會的官方期刊，報(bào)道化學(xué)學(xué)科原創(chuàng)性研究成果。
論文鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201915170
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