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海綿狀新材料可在緊急情況下從稀薄空氣中提取飲用水

文章來源：全球新材料網更新時間：2025-06-20 14:57:19

幫助受自然災害影響的民眾面臨的最大挑戰(zhàn)之一是運輸和提供安全飲用水等必需資源。澳大利亞皇家墨爾本理工大學和五家中國機構的研究人員發(fā)明了一種簡單而巧妙的裝置，可以從稀薄的空氣中提取飲用水，從而解決這一難題。

這種由多孔輕木、氯化鋰和氧化鐵納米顆粒制成的海綿狀復合材料，可以相當有效地從空氣中捕獲水分

該團隊的發(fā)明采用了一種新開發(fā)的復合材料，該復合材料以多孔輕質巴爾薩木為基礎，制成小立方體；這些立方體被安裝到一個帶有圓頂蓋的杯子中，配有簡單的冷卻機制和由太陽能驅動的激活系統(tǒng)。

這種名為WLG-15的海綿材料還含有氯化鋰，以提高吸水性，以及氧化鐵納米顆粒，幫助海綿表層吸收陽光，并將吸收的水分轉化為蒸汽。蒸汽還有助于水分從材料中釋放出來。

該裝置本身非常簡單：當杯蓋暴露在空氣中時，WLG-15 材料會吸收空氣中的水分。當杯蓋在陽光下關閉時，水分就會釋放到杯中。圓頂杯蓋會引發(fā)太陽能蒸發(fā)，并促進釋放水分的收集；冷卻板、散熱塊和由太陽能電池板驅動的冷卻風扇增強了系統(tǒng)內的冷凝效果。

仔細觀察空氣-水裝置的不同部件

研究人員指出，在實驗室條件下，他們的裝置在相對濕度為 90% 的情況下，每克 WLG-15 材料吸收約 0.03 液體盎司（2 毫升）的水，并在陽光下 10 小時內釋放幾乎所有的水。這看起來似乎不多，但考慮到這些塊體非常小巧輕便，它在更大的配置或一系列收集設備中可能會被證明是有效的。

作為參考，下圖所示的九塊小海綿塊（每塊重量不到一克）可以向杯中釋放0.5液體盎司（15毫升）的液體。研究人員于3月份在《清潔生產雜志》上發(fā)表了他們的研究成果。

九個小塊 WLG-15 可以在幾個小時內有效地捕獲并將 0.5 液體盎司的水凝結到杯中

據(jù)該團隊介紹，這種效率高于大多數(shù)已知方法，例如霧氣收集和輻射冷卻，而且由于使用了廣泛供應且價格低廉的輕木，成本也更低。在更大規(guī)模的裝置中，它可以用作便攜式集水系統(tǒng)，用于災區(qū)的緊急救援，并利用太陽能為冷卻系統(tǒng)供電。

浙江農林大學侯俊峰博士領導了中國科研機構與皇家墨爾本理工大學的合作項目。他指出，WLG-15 在零下儲存數(shù)周后依然能夠正常工作，并且可以重復使用多次，效率幾乎不會下降。因此，這種材料甚至可以“應用于實際應用，例如在偏遠或干旱地區(qū)收集水源”。

你可能聽說過市面上出售的大氣水發(fā)生器（AWG）。這種電子設備號稱能產生同樣的效果，而且速度更快、產量更大。為什么不直接把它們部署到受災地區(qū)和缺水的偏遠地區(qū)呢？

Aquaria 表示，其 Hydropack 系統(tǒng)每天可利用空氣生產高達 132 加侖的水，但需要電力，成本超過 17000 美元

對于缺水地區(qū)來說，AWG 似乎是理想的解決方案，但主要原因是它需要消耗大量電力來凝結空氣中的水蒸氣。許多缺水地區(qū)電網不穩(wěn)定甚至沒有電網，因此為這些機器供電可能會遇到困難。雖然也有太陽能供電的選擇，但會增加成本和復雜性。

此外，AWG 在濕度超過 60% 的環(huán)境中效果最佳；而您考慮的許多地方可能并非如此。最后，這些系統(tǒng)可能價格不菲，既需要前期購買，也需要專業(yè)技術人員和定制部件的維護。因此，雖然 AWG 確實名副其實，但它并非解決水資源短缺問題的簡單易行的解決方案。

回到WLG-15：研究人員利用人工智能預測了空氣-水裝置在各種環(huán)境條件下的性能。類似的技術還可以幫助他們發(fā)現(xiàn)更多高效捕水復合材料的材料組合。該團隊目前正在探索與行業(yè)合作伙伴合作試生產這種材料并進行現(xiàn)場測試的方法。

皇家墨爾本理工大學最近又提出了另一項受海綿啟發(fā)的創(chuàng)新：一種受海綿啟發(fā)的超強材料，可用于建造更耐用的建筑物。

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