這是一張濕度圖。縱軸是空氣中的水蒸氣含量,橫軸是氣溫。濕度曲線從10%、20%一直到100%。如果濕度是100%,那就是液化水。
假如我在一座地中海邊的城市,比如西班牙的格拉納達(dá)。假設(shè)那里氣溫30度、濕度20%,要從這樣的空氣中提取水,那么需要將溫度降至“b”點(diǎn),也就是4攝氏度。這樣的制冷方式從經(jīng)濟(jì)角度看并不可行。但如果我在“a”點(diǎn)的條件下使用MOFs,從空氣中取水并將水注入材料的孔隙中,然后通過加熱取出水之后再進(jìn)行凝結(jié),這樣就能將沙漠空氣“變?yōu)椤睙釒Э諝?。這就是我們一直研究的思路。
水如何進(jìn)入MOF?這段視頻可以給我們答案。這是MOF中的一個(gè)孔隙,我們將它切成兩半,可以看到紅色的水首先會(huì)進(jìn)入親水區(qū),將親水區(qū)填滿。然后親水區(qū)內(nèi)的水會(huì)連成一體。此時(shí)在MOF內(nèi)部,在孔隙流動(dòng)的水分子,親水區(qū)內(nèi)的水分子,在溫和條件下相互吸引和排斥可以將水移走。因此這個(gè)系統(tǒng)不需要太多能源來驅(qū)動(dòng)。
這是我們?cè)谏衬袦y(cè)試的第一代實(shí)驗(yàn)裝置。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中已經(jīng)做過了各種研究和實(shí)驗(yàn),我們把1公斤的MOFs放進(jìn)這個(gè)小盒子里,晚上再把這個(gè)小盒子放進(jìn)一個(gè)更大的盒子里。我們讓空氣穿過MOFs,通過這種材料來提取水。白天的時(shí)候關(guān)閉那個(gè)更大的盒子,隨著陽光讓內(nèi)部升溫,水就出來了,然后冷凝,最后成功獲得液態(tài)水。我的學(xué)生們?cè)趤喞D侵莸纳衬羞M(jìn)行了實(shí)驗(yàn),收集到的水非常純凈,是你能找到的最純凈的水。
這臺(tái)裝置是電動(dòng)的實(shí)驗(yàn)原型,這是我們的第一個(gè)原型裝置,大盒子套小盒子。從空氣中收集水,除了需要陽光外,不需要任何能源輸入。