纳米人-出手就是Nature Nanotech.，大神Omar M. Yaghi带你空气中捕获淡水，见证MOF神奇！

出手就是Nature Nanotech.，大神Omar M. Yaghi带你空气中捕获淡水，见证MOF神奇！

兔兔 2020-05-06

为了有效地解决全球水资源短缺危机，必须开发更多生产淡水的方法。其中，提取大气水分是一个强大的战略，可以分散获取饮用水。如果将适当的吸附剂集成到大气水发生器中，就可以大大减少这种方法的能量需求以及时间和空间限制。

最近，金属有机框架(MOFs)被成功地用作吸附剂，用于从空气中收集水，即使在沙漠环境中，也能从大气中生产水。有鉴于此，加州大学伯克利分校Omar M. Yaghi等人综述了近年来从空气中提取水分的MOFs的研究进展以及采用这种MOF的大气集水器的设计。

图1. 全球范围内，空气冷却产水的难易程度

集水的理想吸附剂需要满足以下条件：

（1）在大量的水分吸收和释放循环后保持其水分容量，

（2）在运行条件下具有较高的水吸附工作能力，

（3）具有低的再生（去除水分子）温度，

（4）具有理想的动态吸水性能。

因此，除了水解回弹性外，MOF还必须表现出很高的结构稳定性，以承受水释放过程中作用在孔隙壁上的毛细作用力。衡量MOF在运行条件下的稳定性的最佳方法是进行水吸附-解吸循环实验，对MOF的水解稳定性和结构稳定性进行考察。

图2. 捕水MOFs设计

图3. 2种MOFs捕水器设计

所有吸附剂辅助集水器都具有相同的基本原理：

首先，水蒸气在吸附剂中浓缩。

然后，通过降低MOF周围环境中水的相对蒸气压将其从吸附剂中释放出来，这是由温度或压力波动引起的。

再将生成的浓缩水蒸气冷凝以产生液态水。这种吸附剂辅助的水收集过程可以每天进行一次（单循环）或一天几次（多循环）。

另外，水的释放和凝结可以由外部能源驱动，例如通过在有源集水器中分别加热MOF，蒸汽压缩或热电制冷。

图4. 目前MOFs捕水的全方位最佳效果评估

小结

研究人员通过案例分析了最近MOF大气集水器的设计，并指出了该领域目前的技术状态和未来的方向。目前在理解MOFs的网状化学与各自的静态水吸附特性之间的关系方面取得了重大进展。此外，还设计了数个由MOF辅助的大气集水器，并在沙漠环境中成功运行。尽管如此，在材料和器件的发展水平上，仍有许多研究机会来扩展这一新兴和令人兴奋的领域，如大规模生产和加工具有成本效益MOFs等。

参考文献：

Nikita Hanikel, et al. MOF water harvesters. Nat. Nanotechnol. 2020.

DOI: 10.1038/s41565-020-0673-x.

https://doi.org/10.1038/s41565-020-0673-x

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