常用空气取水操作模式(a)昼夜单循环;

(b)连续式;(c)提出的批处理替换模式。

作者没有采用常见的昼夜单循环(a)和单吸附剂吸附-解吸的连续式(b)操作模式,而是提出了一种独特的批处理操作策略(c):多片吸附剂在夜间同时暴露于高相对湿度的环境中以吸收水蒸气,然后在白天交替批处理以释放水,以充分利用夜间高相对湿度环境,同时在白天全天保持高解吸率。在实际设备操作中,这种操作策略要求吸湿材料和取水装置的便携性、适应性和稳定性。文章所采用的吸附剂具有扩大化生产,成本低且质量轻,稳定性好的特点,适合多块吸附剂同时制作与携带,可快速部署到实际应用中,而便携式和廉价的空气取水装置易被拆卸、重新组装和由单人携带。这些特点都使得该模式的单日高产水量成为可能。

空气取水器件在不同模拟气候条件下的

连续工作稳定性和取水量

该空气取水装置在半干旱气候(中国甘肃兰州)进行实际测试,当地实验测试时最低相对湿度为15%。最终实现了单日311.69 g (311.69/day)的取水量,能耗为0.695 kWh (448.5 mL/kWh),突破了百克级的单日产水量。从整个装置水平来看,设备先进的热设计、避免使用复杂的辅助设备(如风扇、冷凝器),以及充分利用解吸时间的批处理策略都共同贡献于如此高的取水量。最终,体积为5.6升、重量为3.2千克的便携式空气取水装置实现了超越百毫升的单日取水量,显示了整个装置在重量、空间和取水量方面的明显优势。在连续六日模拟兰州春秋季节、冬季以及夏季工况下的循环稳定性测试中,该空气取水装置实现了稳定的取水量。

空气取水装置性能预测

为了全面评估产水潜力,作者选择了全球干旱、半干旱和潮湿气候等典型气候地区,保守估计了每个气候下的产水量。受到环境相对湿度的显著影响,在英国伯明翰的湿润气候下可以实现超过1 L/day的取水量,而在撒哈拉沙漠的干燥季节每日产水量仅约150 mL。同时,预测表明除青藏高原、北非等地区外,在大多数地区,取水装置的产水潜力超过350毫升/天。