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  大氣集水技術(shù)通過從空氣中捕獲水蒸氣并將其轉(zhuǎn)化為液態(tài)水，為解決全球水資源短缺問題提供了一條極具潛力的途徑。目前，吸濕鹽分級(jí)孔復(fù)合材料、高效吸附MOF基材料、光熱協(xié)同聚合物水凝膠等一系列新型大氣集水材料已相繼問世。然而，如何在緩解淡水資源短缺的同時(shí)，協(xié)同提升資源利用效率，仍是一個(gè)亟待解決的挑戰(zhàn)。

  針對(duì)這一問題，東華大學(xué)先進(jìn)纖維材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的成艷華研究員、張新海副研究員及其團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新方案：利用工業(yè)廢熱（如光伏電池產(chǎn)生的余熱）作為熱源，設(shè)計(jì)了一種生物基吸濕性氣凝膠，驅(qū)動(dòng)大氣集水-蒸發(fā)系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行。該技術(shù)不僅顯著提升了廢熱能源的利用效率，還通過蒸發(fā)冷卻機(jī)制降低了光伏電池的工作溫度，從而提高了其發(fā)電效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高效的大氣集水。

  相關(guān)工作以 “Tandem Atmospheric Water Harvesting and Passive Cooling Enabled by Hygroscopic Biopolymer-Based Aerogels” 為題，發(fā)表于《Advanced Functional Materials》。

圖1. 吸濕氣凝膠的設(shè)計(jì)策略及其在大氣集水與光伏發(fā)電協(xié)同增效中的應(yīng)用研究

  BC/SA/GO-LiCl氣凝膠結(jié)合了LiCl的強(qiáng)吸濕性與垂直多孔結(jié)構(gòu)的耦合效應(yīng)，表現(xiàn)出快速的吸附動(dòng)力學(xué)和廣泛的濕度適應(yīng)性。在30%-90%的相對(duì)濕度（RH）范圍內(nèi)，其水吸附容量可達(dá)1.4-5.7 g·g^-1。即使在低濕度條件（30% RH）下，2小時(shí)內(nèi)的吸附量仍高達(dá)1.31 g·g^-1。在吸附初期，該氣凝膠在不同濕度下均展現(xiàn)出較高的吸附速率，同時(shí)具備優(yōu)異的吸附-解吸循環(huán)穩(wěn)定性。與現(xiàn)有吸附劑相比，BC/SA/GO-LiCl氣凝膠在寬濕度范圍內(nèi)的水吸附性能表現(xiàn)突出，具有顯著的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

圖2. 太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)吸濕氣凝膠的水分解吸附特性

圖3. 串聯(lián)大氣集水與光伏發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大氣水收集-光伏發(fā)電協(xié)同增效

  綜上所述，這項(xiàng)研究為解決水資源短缺和提升能源利用效率提供了創(chuàng)新性解決方案。通過將吸濕性氣凝膠與光伏板廢熱協(xié)同利用，該技術(shù)在緩解干旱地區(qū)水資源匱乏和能源供應(yīng)不足方面展現(xiàn)出巨大潛力。未來，通過持續(xù)優(yōu)化材料性能并拓展應(yīng)用場(chǎng)景，這一技術(shù)有望為全球水資源與能源的協(xié)同可持續(xù)發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202423063