德克萨斯大学的研究人员发明了一种水凝胶，可以利用阳光从空气中产生饮用水。这项技术可以应用到高效的微凝胶中，有可能为全球水资源短缺提供一种具有成本效益的便携式解决方案。上面是用凝胶收集的水样本。资料来源:德克萨斯大学奥斯汀分校

对于全球大部分面临缺水问题的地区来说，一个希望的灯塔可能就在路上:将热空气轻松转化为饮用水的能力。

在过去的几年里，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员一直专注于将空气中的水分作为干旱人口的潜在饮用水来源。在发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究中，他们在从稀薄的空气中制造饮用水的努力上取得了重大突破:一种分子工程水凝胶，它可以只用太阳光的能量制造出清洁的水。

利用太阳能生产水

研究人员能够在低至华氏104度的条件下从大气中提取水，并利用太阳能将其制成可饮用的水，这与德克萨斯州和世界其他地区的夏季天气一致。这意味着，生活在高温和缺乏清洁水源的地方的人们，有一天可以简单地在室外放置一个设备，它就会为他们制造水，而不需要额外的努力。

“有了我们的新水凝胶，我们不仅仅是凭空抽取水。我们做得非常快，而且不消耗太多能量，”科克雷尔工程学院沃克机械工程系和德克萨斯材料研究所的材料科学与工程教授于桂华说。“我们的水凝胶真正吸引人的是它是如何释放水的。想想德克萨斯州炎热的夏天——我们可以利用气温的自然起伏，而不需要打开任何加热器。”

从空气中产生水的原型装置。资料来源:德克萨斯大学奥斯汀分校

根据湿度的不同，该设备每公斤凝胶材料可以产生3.5到7公斤的水。

微凝胶的进步和商业抱负

这项研究的一个重要特点是水凝胶能够适应被称为“微凝胶”的微粒。这些微凝胶解锁了速度和效率的提高，使这个设备更接近现实。

“通过将水凝胶转化为微型颗粒，我们可以使水的捕获和释放速度超快，”于实验室的研究生、该研究的负责人之一关伟新说。“这提供了一种新型、高效的吸附剂，可以通过多次日常循环显著提高产水量。”

研究人员正在对这项技术进行进一步改进，着眼于将其转化为商业产品。一个重点领域是优化微凝胶的工程设计，以进一步提高效率。

扩大规模是重要的下一步。研究人员的目标是将他们的工作转化为切实可行的、可扩展的解决方案，作为一种低成本、便携式的制造清洁饮用水的方法，在全球范围内使用。这可能会改变埃塞俄比亚等国家的生活，埃塞俄比亚近60%的人口无法获得基本的清洁水。

“我们开发这种设备的最终目标是让世界各地的人们，特别是那些干旱地区的人们，能够快速、持续地获得清洁的饮用水，”于教授实验室的研究生赵亚轩说。

该团队正在研究由有机材料制成的其他版本的设备，这将降低大规模生产的成本。这种向更具商业可行性设计的转变伴随着其自身的挑战，即扩大吸附剂的生产规模，使其能够吸湿，并保持产品寿命的耐用性。研究还侧重于使设备可用于各种应用场景。

参考文献:“热响应水凝胶的分子限制水化用于有效的大气水收集”，作者:关伟新，赵亚轩，雷chuxin，余桂华，2023年9月11日，《国家科学院院刊》。DOI: 10.1073 / pnas.2308969120

该项目得到了韦尔奇基金会的诺曼哈克曼化学研究奖和卡米尔德雷福斯教师学者奖的支持。