【儀表網 儀表研發】淡水資源短缺問題日益嚴峻，傳統淡水制備因能源供應需求量大、設備龐大復雜等問題難以普及。地球大氣中存在著水汽資源(約50000km3)，通過材料在空氣中吸濕，在太陽能作用下實施光熱蒸發，進而實現空氣集水的技術正在興起。
鐵蘭屬植物(Tillandsia Species)是一類附生植物，其生存不依靠根莖從土壤中吸收水分，葉片直接從空氣中吸收水分即能存活。在葉片內部滲透壓的作用下，被吸附的水分可從外組織到內部網絡定向運輸，終儲存在葉片內部組織系統內，實現連續、快速的水分吸收(圖1)。
受此啟發，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員陳濤、副研究員肖鵬提出一種吸濕型光熱有機凝膠(POG)來實現太陽能驅動的光熱空氣制水。聚甲基丙烯酸鈉/丙烯酰胺的親水性共聚高分子水凝膠網絡可以將吸濕性的有機溶劑(甘油)容納其中。類似于鐵蘭植物，POG內吸濕性的甘油介質在滲透壓的作用下賦予其內部快速的水擴散，通過聚合物鏈溶脹的形式將水儲存在其內部，實現POG連續、快速、高容量的吸濕性能。實驗證明和理論分析，聚合物網絡上親水性的官能團也能協同增強POG的吸濕行為。在90%的相對濕度下，該POG在12小時內終展現出6.12kg/m2的吸濕性能和16.01kg/m2的超高平衡水分吸附(圖2-3)。此外，互穿的光熱高分子網絡聚吡咯-多巴胺(P-Py-DA)賦予POG優秀的光熱性能，可以實現可控的太陽能驅動的界面水分釋放，以獲取被吸附的水分(圖4a-b)。戶外實驗結果表明，該POG在實際的室外實驗中淡水日產量達到2.43kg/m2，收集到的淡水中的離子濃度的含量符合WHO和EPA的飲用水標準(圖4c-g)。該研究為太陽能光熱空氣集水提供一種新的材料體系，有機凝膠的聚合物骨架和吸濕介質的選擇具有高度可設計性，后期可通過設計進一步提高其空氣制水性能。
相關研究成果以Tillandsia-inspired Hygroscopic Photothermal Organogels for Efficient Atmospheric Water Harvesting為題，發表在Angew. Chem. Int. Ed.(DOI:10.1002/anie.202007885)上。該研究得到國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究項目、博士后創新人才支持計劃、中國博士后科學基金及王寬誠交叉團隊的資助。
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