能源、水、空气领域的基础性研究
与每个人的生活都息息相关
近日，上海交大王如竹教授领衔团队
在Nature Communications发表高水平论文
提出了一种新型的批处理吸附-解吸模式
实现了中国兰州半干旱气候下的大批量产水
在解决干旱问题上取得了重大突破
半干旱地区的大批量产水
近日，上海交大王如竹教授领衔的ITEWA团队在Nature Communications发表题为Exceptional water production yield enabled by batch-processed portable water harvester in semi-arid climate的论文，通过分析目前空气取水系统的优缺点及适用条件，从操作模式的角度弥合了吸附解吸动力学的差距，提出了新型“夜间批量吸附-日间逐个解吸”的批处理吸附-解吸模式。同时，根据高性能吸附剂以及取水系统的精心传热传质设计，应用该模式的便携式空气取水系统，实现了中国兰州半干旱气候下（日间最低相对湿度15%）单日311.69 g的高取水量。该论文第一作者是上海交大制冷与低温工程研究所博士研究生山訸。
空气取水装置的开发及其结构和参数优化
吸附式空气取水产量低，难以进行大规模和商业化利用，主要是因为受制于吸附材料在低湿度下有限的吸附量，粗糙的系统设计以及未经优化操作模式三个方面。文章采用氯化锂盐-水的热力学相图性质和线性驱动动力学模型，进行平衡吸附量和吸附动力学的预测和优化，开发了高性能氯化锂复合吸附剂材料。同时，为了更准确地评估实际半干旱气候中的实际吸附性能，文章表征了大片吸附剂（250 x 250 x 2 mm）在典型半干旱气候下的吸附与解吸性能，并比较了吸附和解吸的吸附动力学。作者发现，除了实际块状吸附剂相对于毫克级测试样品的吸附性能的降低以外，水捕获和释放速率之间存在显著的不匹配，解吸速率远高于吸附速率。吸附的最大质量变化仅为解吸过程的最大变化量的1/10。为此作者设计了便携式电加热空气取水系统进行传热传质的优化，并采用热栅格实现自然对流和辐射屏蔽，提高解吸和冷凝效率。