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美科学家用MOF质料制成水分收罗装置:可从干燥空气中获取水分|开云体育ios/安卓版/手机版app下载

 


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本文摘要:导读为了越发有效的使用水资源,美国科学家设计了一种由MOF质料做成的水分收罗装置,它不仅完全由太阳能驱动,而且在空气干燥的地域也能收罗水分。

导读为了越发有效的使用水资源,美国科学家设计了一种由MOF质料做成的水分收罗装置,它不仅完全由太阳能驱动,而且在空气干燥的地域也能收罗水分。技术关键字MOF、太阳能关键知识今天将要先容的这种新型装置中,接纳了一种十分关键的质料,也是该装置的焦点技术所在,所以要首先先容一下:MOF示例(图片泉源于:维基百科)「金属-有机框架」(Metal-Organic Frameworks)简称:MOF,是由有机配体和金属离子或团簇,通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化质料。

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这种质料具有以下几点重要特性:(1)多孔性及大的比外貌积;(2)结构和功效多样;(3)不饱和金属位点,这些特性也促使这种质料具有强大的吸附功效和催化功效。全球科学家一共缔造出了2万多种差别的MOF ,其中一些可以存储例如氢气和甲烷这样化学物质,另外一些则可以从烟道的废气中吸收二氧化碳,促进吸收的化学物质举行反映,或者在加工厂分散石油化工产物。

关于这种MOF的应用,John之前在《新型电子鼻:可以检测杀虫剂和神经毒气》中,也有过相关先容,有兴趣的朋侪也可以参考一下。创新配景水资源短缺,是人类需要配合面临的问题,也已经严重影响到世界上许多国家和地域,另外随着人口增长和气候变暖,这一问题变得日益严峻。全世界都在配合应对这一问题,除了节约用水以外,越发有效的使用水资源变得越发重要。

在“回南天”这样的湿润气候条件下,我们会容易想到使用水资源的一种方法:收罗空气中的水分。更斗胆一点设想:也许未来,我们每个家庭中都市拥有这样一种装置,无论是干燥还是湿润的天气众,它都能从空气中吸收水分,满足一家人日常生活的需求,更重要的是,这种设备的运行还是依靠太阳能,一种廉价而清洁的能源。也正如我们所设想,世界上不少国家(例如智利和摩洛哥)的沿海地域,已经接纳了这样的水分收罗系统。

众所周知,沿海地域往往空气湿度较高,正好可以满足这样的水分收罗系统。一般来说,它要求的相对湿度要到达100%。可是,这么高的湿度条件,世界上也只有少数地域具备。

另外,这种水分收罗系统造价也十分昂贵。所以,在某些干旱地域,接纳了一种露珠收罗的系统,这种系统的外貌很冷,夏天的时候,水气会在这样酷寒的玻璃外貌凝聚,可是为了保持其外貌冷却,它泯灭的能量也十分大,是典型“能源麋集型”的。纵然这样,这个系统在低于50%的湿度条件下,也还是无法事情。

创新探索然而,最近刊登在《科学》杂志上的一项创新研究,有利于解决水分收罗系统现在遭遇的关一些键瓶颈,例如:受湿度影响、泯灭能量大,价钱昂贵等。(图片泉源于:Hyunho Kim/麻省理工学院)这种新型装置由美国麻省理工学院和加州大学伯克利分校团结开发,它接纳特殊质料MOF(类似泡沫状)做成。它险些可以用于任何所在,而不受当地湿度的影响,湿度条件低至20%,一般是沙漠地域的湿度条件。

另外,这种水分收罗装置完全由太阳能供电,十分节能环保。另外,这个系统实际上或许连太阳能都不需要,它只需要一些热量源,例如烧柴的火。

对此,研究团队成员之一、麻省理工学院的博士后 Sameer Rao 的说:“由许多地方都可以找到可燃烧的物质,而且缺水。”在20%到30%的湿度条件下,该装置能够在12小时内,使用1千克MOF,从空气中收罗2.8公升的水分。研究人员在麻省理工学院的天台上举行了测试,证明该装置可在现实条件下运作。

关键技术正如我一开始提到的,这个新系统的关键技术在于多孔质料自己,也就是一种MOF质料。图解:这种MOF的原理图。

图中的线条是有机毗连链,交织点是金属离子。Yaghi使用网状化学将这些结构单元毗连成晶体状海绵。黄色的球代表孔隙空间,可以充满液体或者气体。

配景图片现实了差别的MOF晶体,它们存在于水分收罗器中。(图片泉源于:伯克利实验室)20多年之前,论文的两个高级作者之一、加州大学伯克利分校化学系主席、劳伦斯伯克利国家实验室的科学家 Omar Yaghi 发现了MOF,这种框架将镁和铝这样的金属和有机分子相联合,联合的方式如同“万能工匠”积木一般,从而设计出刚性、多孔的结构,有利于存储气体和液体。2014年,Yaghi 教授和加州大学伯克利分校的团队合成了一种MOF(金属锆和己二酸的联合),能够绑定水蒸气。

这些化合物有点类似海绵,有着庞大的内部外貌积,通过改变MOF的化学组成,这些外貌可以具有亲水性或者吸水性。在麻省理工学院的教授Evelyn Wang的资助下,他们一起互助将MOF融合进集水系统中去。这个系统重达两磅多,如同灰尘般的MOF晶体,经由压缩后,放置于对于空气开放的腔体中。

该腔体位于于太阳能吸收器和冷凝器片之间。顶部的太阳能吸收器是玄色的,用于吸收太阳能。当周围的空气扩散通过多孔MOF时,水分子会首先附着于内部外貌。

通过太阳照射后,MOF被加热,而且驱动附着的水分向冷凝器移动。然而,冷凝器的温度和外部空气的温度相同,水蒸汽冷凝成液体后,滴进收罗器中。麻省理工学院屋顶上的水分收罗器。

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MOF质料位于顶部玻璃片下方,当太阳光加热MOF后,它会吸收水分。黄色和红色的冷凝器位于顶部,上面有水滴。

(图片泉源于:Hyunho Kim/麻省理工学院)创新价值对于这项技术的创新价值,我们听听Yaghi 教授的说法:“在低湿度条件下,从空气中吸收水分,是一个由来已久的挑战,而现在取得了重大突破。现在,没有其它途径能这么做,除了使用另外的能量。

你家中的电动除湿器虽然能‘生产’出的水分,可是十分昂贵。”.“为了保证水分一直运行,你要设计一个可以在夜间吸收湿汽的系统,而且在白昼继续事情。或者你要设计一个太阳能收罗器,让它的速度更快,从而让更多的空气可以进来。我们希望展示如果你受困于沙漠中的某个地方,你能够依靠这个装置生存。

一小我私家一天约莫需要一个可乐罐的水分。通过这个系统,一小我私家用不到一小时的时间,就可以收罗到这么多水分。”可见,这个系统能够足够高效的收罗和生产水分,不仅有望应用于家庭生活用水,还可以用于户外应急用水。

未来展望Yaghi教授称,这种水分收罗器,现在还处于观点验证阶段,所以有许多提升的空间。现在的这种MOF,能够吸收的水分只到达它的重量的20%,可是其它MOF质料则可以吸收40%或者更多。这种质料还可以举行更多的调整,从而在更高或者更低的湿度级别下,越发的有效。

他说:“我们不是仅仅设计了一种被动设备,坐在那里收罗水分,我们现在已经奠基了实验和理论基础,让我们可以筛选其它MOF(可以制造出的MOF达几千种),从而寻找更好的质料。我们有许多途径扩大收罗的水分量。现在,这只是进一步的工程问题。

”Yaghi 和他的团队正在致力于提升MOF,而Wang继续提升收罗系统从而生产更多的水。参考资料【1】http://news.berkeley.edu/2017/04/13/device-pulls-water-from-dry-air-powered-only-by-the-sun/【2】http://news.mit.edu/2017/MOF-device-harvests-fresh-water-from-air-0414【3】http://science.sciencemag.org/content/early/2017/04/12/science.aam8743?utm_source=SciPak%20%28updated%204/7/2017%29&utm_campaign=d3f83f5709-EMAIL_CAMPAIGN_2017_04_07&utm_medium=email&utm_term=0_10c5e799a3-d3f83f5709-126625361需要进一步探讨交流的朋侪,请直接联系微信:JohnZh1984,或者微信关注民众号:IntelligentThings。


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