新發明: 用陽光就可在沙漠中造出飲用水,能救濟十億人

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你不能從石頭上擠出血液,但是現在可以從沙漠的天空擠出水,這得益於新的海綿狀裝置,即使在低濕度下也能藉助陽光吸收空氣中的水蒸氣。 首先我們要明白地球上的空氣是有水分的,這就是我們人類為什麼可以生存。該設備每天可以生產出每公斤海綿狀吸收器近3升的水,研究人員表示,未來的升級版本效果會更好。 這意味著世界上最乾燥的地區可能很快就會有一個太陽能電器能夠提供所需的所有水,為數十億人提供救濟。

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任何時間,大氣中都有大約13萬億立方米的水流出,相當於我們這個星球上的湖泊和河流中所有淡水的10%。多年來,研究人員已經開發出了一些方法,例如使用精細的網來吸引霧中的水,或者用電力除濕機將空氣壓縮來取水。但是這兩種方法都需要非常潮濕的空氣或太多的電力才能廣泛使用。反而是浪費了更多的資源沒有打到預期的效果。

加州大學伯克利分校化學家奧馬爾·雅吉(Omar Yaghi)領銜的研究人員轉而研究了一種稱為金屬有機骨架(MOF)的結晶粉末系列。在20多年前,Yaghi開發了第一個形成連續3D網絡的MOFs多孔晶體。網絡以類似Tinkertoy的方式從金屬原子組裝起來,這些金屬原子可以將集線器和棒狀有機化合物連接在一起。通過選擇不同的金屬和有機物,化學家可以操作每個MOF的屬性,來控制什麼氣體可以與它們結合,以及測試它們堅固的程度。

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新的水收集機由金屬有機骨架晶體製成,被壓製成薄金屬薄銅片並置於太陽能吸收器(上面)和冷凝器板(下面)之間。

在過去二十年中,化學家已經合成了超過20,000個MOF,每個具有獨特的分子捕獲性質。 例如,Yaghi等人最近設計了吸收和釋放甲烷的MOF,使其成為天然氣動力車輛的一種高容量氣罐。

2014年,Yaghi和他的同事合成了一個MOF,即使在低濕度條件下也能吸收水分。 這導致他到達了劍橋麻省理工學院(MIT)的機械工程師Evelyn Wang,他曾在之前從事過一個使用MOF的汽車空調項目。 在合成了新的鋯基MOF後,被稱為MOF-801。

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設備從空氣中抽水:

在晚上安裝時,會從空氣中吸收水蒸氣,並用白天的熱量將其作為白天的液態水釋放出來。

王和她的學生設計的系列包括一千克灰塵尺寸的MOF晶體,被壓製成多孔銅金屬薄片。該片放置在太陽能吸收器和冷凝器板之間並且定位在室內。在晚上,房間打開,允許環境空氣通過多孔MOF和水分子擴散以粘附到其內表面,以八組聚集形成微小的立方體液滴。早上,房間關閉,陽光通過設備頂部的窗戶進入,然後加熱MOF,釋放出水滴並驅動它們 – 作為蒸氣朝向冷卻器的冷凝器。室內的溫度差以及高濕度導致蒸汽作為液態水凝結成液體水滴入收集器。作效果非常好,每天可以向空中抽出2.8升水。這只是一千克MOF晶體的效率,如果加大面積這些水可以維持一些簡便的清潔類等其他。這樣會節省很多的外部資源了。你如電力,飲用水。

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伊利諾州伊萬斯頓西北大學化學家Mercouri Kanatzidis說,「從沙漠空氣中收穫水是一個長久的夢想」。 「這個示範是一個重要的概念證明。」這也是Yaghi說有很大改進的餘地。對於初學者來說,鋯(鋯(Zirconium)是一種化學元素,它的化學符號是Zr,它的原子序數是40,是一種銀白色的高熔點金屬,呈淺灰色。密度6.49克/立方厘米。熔點1852±2℃,沸點4377℃。化合價+2、+3和+4。第一電離能6.84電子伏特。鋯的表面易形成一層氧化膜,具有光澤,故外觀與鋼相似。有耐腐蝕性,可溶於氫氟酸和王水;高溫時,可與非金屬元素和許多金屬元素反應,生成固體溶液化合物。)每公斤價格為150美元,這使得收水設備太貴而無法廣泛使用。然而,Yaghi說,他的團隊已經早日成功地設計了用鋁代替鋯的吸水MOF,這是一種便宜100倍的金屬。這樣可以使未來的水收集機價格便宜,不僅可以消除乾旱地區的人們的渴望,也可能甚至向沙漠的農民供水。還可以控制沙漠化提高綠色覆蓋率了。

反映這個事實,即每使用一公斤吸水材料,該設備將大約3升的水從空氣中抽出。人類其實最好的發明就是保護地球所有生命體,這其實也是宇宙的法則,如若不然,荒涼的其他行星就是我們的未來。

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來源: SCIENCEALERT