科学家设计出从海洋水蒸气中收获几乎无限淡水的新结构

科学家设计出从海洋水蒸气中收获几乎无限淡水的新结构插图显示了Kumar和他的合著者提出的在海洋表面以上捕捉水分并将其运送到陆地上进行冷凝的方法。资料来源：图片由PraveenKumar和《科学报告》提供。这项研究评估了全球14个水资源紧张的地方，以确定一个能够从海洋上方捕获水蒸气并将其冷凝成淡水的假设结构的可行性--而且这种方式在面临持续的气候变化时仍然可行。库马尔、研究生AfeefaRahman和大气科学教授FrancinaDominguez今天（12月6日）在《自然》杂志《科学报告》上发表了他们的研究结果。该研究由土木与环境工程教授兼草原研究所执行主任PraveenKumar领导。PraveenKumar教授和研究报告的共同作者AfeefaRahman。背景显示伊利诺伊州大塔附近的密西西比河的水位明显低于正常水平。图片中还可以看到美国陆军工程兵团为方便驳船运输而疏浚河流的努力。资料来源：弗雷德-兹威基的照片Kumar说："缺水是一个全球性的问题，在美国这里，关于科罗拉多河流域水位的下沉，影响到整个美国西部，也是一个近在眼前的问题。然而，在亚热带地区，如美国西部，附近的海洋正在不断地蒸发水，因为全年云量很少，有足够的太阳辐射。"以前的废水回收与海水淡化技术只遇到了有限的成功。虽然在全球一些地区部署了海水淡化厂，但由于产生的盐水和含有重金属的废水，海水淡化厂面临着可持续性问题--以至于加州最近拒绝了增加新的海水淡化厂的提议。伊利诺伊州的大气科学教授、研究报告的共同作者弗朗西娜-多明戈斯。资料来源：L.BrianStauffer"最终，我们将需要找到一种方法来增加淡水的供应，因为现有资源的保护和循环水尽管必不可少，但不足以满足人类的需求。"Kumar说："我们认为我们新提出的方法可以在大范围内做到这一点。"研究人员对放置宽度为210米、高度为100米的假想的海上结构进行了大气和经济分析。通过分析，研究人员得出结论，在海洋表面捕获水分对于全世界许多水资源紧张的地区是可行的。拟议结构的估计产水量可以为亚热带地区的大型人口中心提供淡水。对气候变化更有力的预测之一是，干旱地区将变得更干燥，而潮湿地区将变得更潮湿。目前正在经历缺水的地区在未来可能会更加干燥，使问题更加恶化。而且不幸的是，人们继续迁往水资源有限的地区，如美国西南部。然而，这种日益干旱的预测有利于新的海洋水汽收集技术。气候预测显示，随着时间的推移，海洋水汽通量只会增加，提供更多的淡水供应。因此，研究人员的新想法在气候变化下将是可行的。这为适应气候变化提供了一个亟需的有效方法，特别是对生活在世界干旱和半干旱地区的弱势人群而言。这个拟议解决方案的一个更优雅的特点是，它像自然界的水循环一样运作。研究人员说，这项研究为新颖的基础设施投资打开了大门，可以有效地解决全球日益稀缺的淡水问题。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334525.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334525.htm

新设计的太阳能海水淡化系统可快速生产饮用水 且不易堵塞

新设计的太阳能海水淡化系统可快速生产饮用水且不易堵塞研究人员开发出一种新型太阳能海水淡化系统，可生产大量饮用水，并采用一种受海洋启发的技术来避免盐堵塞问题。扩大规模后，该系统可提供足够的饮用水，满足一个小家庭的日常需要。研究人员的新系统改进了他们之前的设计，这种类似的概念由称为"阶段"的多层组成。每个阶段都包含一个蒸发器和一个冷凝器，利用阳光被动地将盐分从进水中分离出来。虽然它能有效地利用太阳能蒸发水，但由于盐分积累，几天后就会堵塞。于是，研究人员尝试了一种温盐环流的方式来缓解盐分的积累。新设计的单级装置看起来像一个薄薄的盒子，顶部是一种能吸收太阳热量的深色材料。盒子内部分为上下两部分。水流过上半部分，天花板上有一层蒸发器，利用太阳热量加热和蒸发直接接触到的水。水蒸气被输送到下半部，冷凝器层将水蒸气空气冷却成无盐的饮用水。整个箱体是倾斜的，再加上来自阳光的热能，使水流过时产生漩涡。这种运动有助于使水与上层蒸发层接触，同时保持盐的循环，防止盐沉淀和堵塞。太阳能海水淡化系统工作原理示意图该研究的通讯作者之一徐振元（音译）说："我们现在引入了一种更强大的对流，它类似于我们通常在海洋中看到的千米长尺度的对流。海水暴露在空气中时，阳光会促使海水蒸发。一旦海水离开海面，盐分就会残留下来。盐的浓度越高，液体的密度就越大，这种较重的水就会向下流动。通过在[一个]小盒子中模拟这种千米范围内的现象，我们可以利用这一特点来排斥盐分。"研究人员发现，他们的系统能在不同盐浓度的环境中产生淡水，从天然海水到盐度高出七倍的水。他们说，如果将该系统放大到一个小手提箱大小，每小时可生产4至6升（1.1至1.6加仑）水，并可持续使用数年，然后才需要更换部件。研究人员说，由于该系统的产水率高，盐排斥率高，使用寿命长，而且是太阳能供电，不需要电力，因此运行该系统的总体成本将比美国生产自来水的成本更低。研究报告的共同作者杨忠说："我们的研究表明，这种设备能够实现较长的使用寿命。这意味着，利用阳光生产的饮用水首次有可能比自来水便宜。这为太阳能海水淡化解决现实问题提供了可能。"这项研究发表在《焦耳》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387925.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387925.htm

恒星周围水蒸气重量首次算出

恒星周围水蒸气重量首次算出在这张图片中，ALMA的新观测结果显示水蒸气呈蓝色。水是地球上生命的关键成分，也被认为在行星形成中起着重要作用。然而之前，天文学家还无法绘制出水在稳定的恒星盘中的分布。但此次，研究人员不仅可探测捕捉到详细的图像，还在距离地球450光年的距离上对水蒸气进行了分析。用地面望远镜观察水绝非易事，因为地球大气中丰富的水蒸气会降低天文信号。此次新发现归功于阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA），ALMA的能力可以显示出一公里距离内小到人类头发丝的细节，而且ALMA位于海拔约5000米处，这一高而干燥的环境可提供特殊的观测条件。迄今为止，ALMA也是唯一能够绘制出水在遥远行星形成盘中分布的设施。研究人员在HL金牛座盘中正在形成行星的地方发现了大量的水，这里的天体正在“疯狂”收集物质。而水蒸气可能会影响此地行星的化学成分。研究人员表示，构成圆盘的尘埃颗粒是行星形成的“种子”，碰撞并聚集成围绕恒星运行的越来越大的天体。在温度足够低的地方，水可冻结在尘埃颗粒上，物质会更有效地聚集在一起，因此这是行星形成的理想地点。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422236.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422236.htm

研究人员用创新型吸水鳍片从空气中收集饮用水

研究人员用创新型吸水鳍片从空气中收集饮用水一个简单、紧凑的系统首先收集空气中的水分（左），然后在加热时释放被截留的液体（右），从而获得饮用水。图片来源：XiangyuLi编辑清洁、安全的水是一种有限的资源，能否获得取决于当地的水体。但即使是干旱地区，空气中也会有一些水蒸气。为了收集少量湿气，《ACS能源快报》（ACSEnergyLetters）上的研究人员开发出了一种紧凑型装置，这种装置带有吸附涂层翅片，可以先吸附湿气，然后在加热时产生饮用水。他们表示，这种原型设备有助于满足日益增长的用水需求，尤其是在干旱地区。地球大气中蕴藏着数万亿升淡水蒸气，但要收集这种无色、透明、稀薄的气体却很困难。以前，研究人员开发了一些系统来捕捉露水或雾，将液体汇集到容器中。但在露水不多的干燥地区，温度响应水凝胶、金属有机框架或沸石（结晶铝硅酸盐）等特殊材料可能有助于从空气中吸附少量水分，并在加热时释放水分。然而，要使这些吸水剂在实际应用中切实可行，就需要将它们整合到带有废热源的紧凑型便携设备中，例如在高温下运行的应用或作为副产品释放热量的系统。因此，李翔宇、BachirElFil及其同事开发出了一种符合这些规格的湿度收集器。研究人员设计了吸水"翅片"，将铜片夹在涂有市售沸石的铜泡沫之间。作者说，与以往侧重于材料开发的研究相比，吸附床与材料特性的共同设计造就了薄吸附翅片，这种翅片结构紧凑，能快速收集水。为了进行概念验证，他们制作了一种装置，将10片小型吸附翅片并排放置在铜底板上，间距约为2毫米，这样的间距可以最大限度地从相对湿度为10%的沙漠空气中捕获水分。在一小时内，吸附翅片达到饱和，然后在底座温度达到华氏363度时释放出捕获的水分。根据24个收集-释放周期的推断，研究小组计算出，在相对湿度为30%的空气中，鳍片上1升的吸水涂层每天可产生多达1.3升的饮用水，这个体积是之前开发的设备的2到5倍。这项工作为每天多次从干燥空气中快速捕获水分和集水提供了关键机会。研究人员说，随着进一步的开发，该系统可以集成到产生废热的现有基础设施中，如建筑物或运输车辆，为干旱地区提供一种具有成本效益的饮用水生产方式。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1436180.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1436180.htm

德克萨斯大学研究人员发明将夏季热空气转化为饮用水的新装置

德克萨斯大学研究人员发明将夏季热空气转化为饮用水的新装置德克萨斯大学的研究人员创造了一种水凝胶，它能利用阳光从空气中产生可饮用的水。这项技术可制成高效的微凝胶，有望为全球水资源短缺问题提供一种经济、便携的解决方案。上图为利用凝胶收集的水样。资料来源：德克萨斯大学奥斯汀分校利用太阳能制水研究人员能够在低至40摄氏度的条件下，利用太阳能从大气中提取水并使其成为可饮用水，这与得克萨斯州和世界其他地区的夏季天气相吻合。这意味着，有朝一日，热量过高、清洁水源极少的地方的人们只需在室外放置一个装置，它就能为他们制水，而无需付出额外的努力。"有了我们的新型水凝胶，我们就不只是凭空取水了。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GuihuaYu说。"我们的水凝胶真正吸引人的地方在于它是如何释放水的。想想炎热的德克萨斯州的夏天--我们可以利用气温的自然起伏，不需要开加热器。"从空气中生成水的原型设备。资料来源：德克萨斯大学奥斯汀分校根据湿度条件，该装置每公斤凝胶材料可产生3.5至7公斤水。这项研究的一个重要特点是，水凝胶可适应被称为"微凝胶"的微颗粒。这些微凝胶可以提高速度和效率，使这种设备更接近现实。通过将水凝胶转化为微小颗粒，可以实现超快的水捕捉和释放。这提供了一种新型、高效的吸附剂，通过每天多次循环，可以显著提高产水量。研究人员正在对该技术进行更多改进，以期将其转化为商业产品。其中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。扩大规模是下一步的重要工作。研究人员的目标是将他们的研究成果转化为切实可行、可扩展的解决方案，在全球范围内作为一种低成本、便携式的清洁饮用水制造方法使用。这可能会改变埃塞俄比亚等国家的民众的生活，因为这些区域有近60%的人口无法获得基本的清洁饮用水。实验室的研究生赵雅萱说："我们开发这种设备的最终目的是让全世界需要快速、持续获得清洁饮用水的人都能用上，尤其是在那些干旱地区。"该团队正在研究用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。在向更具商业可行性的设计过渡的过程中，也面临着扩大吸湿剂生产规模和保持产品寿命耐用性的挑战。研究的重点还包括如何使设备便于携带，适用于各种应用场景。本项目由韦尔奇基金会诺曼-哈克曼化学研究奖（NormanHackermanAwardinChemicalResearch）和卡米尔-德雷福斯教师学者奖（CamilleDreyfusTeacher-ScholarAward）资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390123.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390123.htm

剑桥大学创造的新型太阳能设备可将脏水变成氢燃料和饮用水

剑桥大学创造的新型太阳能设备可将脏水变成氢燃料和饮用水研究人员发明了一种太阳能装置，可将脏水转化为清洁的氢气和净水图/ChanonPornrungroj/剑桥大光催化水分裂技术可将太阳光直接转化为可储存的氢气，但通常需要纯净水和土地来安装设备，同时还会产生无法利用的废热。由于水是一种宝贵的资源，利用任何未经处理的水源（如河流、海洋、水库或工业废水）的光催化装置将是一种更可持续的选择。因此，剑桥大学的研究人员从光合作用过程中汲取灵感，创造了一种太阳能装置，能够同时利用污染水或海水生产清洁氢燃料和清洁饮用水。该研究的第一作者ChanonPornrungroj说："将太阳能燃料生产和水生产结合在一个装置中是非常棘手的。太阳能驱动的水分裂（水分子被分解成氢气和氧气）需要从完全纯净的水开始，因为任何污染物都可能毒害催化剂或引起不必要的化学副反应。"研究人员希望模仿植物的光合作用能力，但与以往利用洁净水源生产绿色氢燃料的设备不同，他们希望自己的设备能够使用受污染的水，从而使其在难以找到洁净水的地区也能使用。研究报告的合著者阿里芬-穆罕默德-安努阿尔（AriffinMohamadAnnuar）说："在偏远或发展中地区，洁净水相对稀缺，净水所需的基础设施也不容易获得，因此水分裂极为困难。一个可以利用受污染的水进行工作的装置可以同时解决两个问题：它可以分水制造清洁燃料，也可以制造清洁饮用水"。他们将一种吸收紫外线的光催化剂沉积在一种吸收红外线的纳米结构碳网上，这种碳网对光和热都有很好的吸收作用，从而产生光催化剂用来制造氢气的水蒸气。经过拒水处理的多孔碳网有助于光催化剂漂浮，并使其远离下面的水，从而避免污染物干扰其功能。此外，这种结构还能让装置利用更多的太阳能量。装置构造示意图Pornrungroj等人/剑桥大学安努阿尔说："制造太阳能燃料的光驱动过程只使用了太阳光谱的一小部分，还有大量光谱没有使用。"因此，研究人员在浮动装置的顶部使用了一层白色的紫外线吸收层，通过水分裂来制氢。太阳光谱中的其余光线被传输到装置底部，使水汽化。研究人员说，这更接近于模仿植物的蒸腾作用，即水在植物体内的流动过程，以及水从叶、茎和花等气生部分蒸发的过程。Pornrungroj说："这样，我们就能更好地利用光--我们获得了用于制氢的水蒸气，剩下的就是水蒸气了。我们就真正模仿了真实的叶子，因为我们现在已经能够将蒸腾作用的过程纳入其中。"研究人员利用真实世界的开放水源对他们的装置进行了测试，包括剑桥市中心坎河的水和造纸业的浑浊工业废水。在人工海水中，该装置在154小时后保持了80%的初始性能。研究人员说，由于光催化剂与水源中的污染物隔离，并保持相对干燥，因此该装置可以保持其运行稳定性。它对污染物的耐受性很强，而且浮动设计使基底可以在非常浑浊或泥泞的水中工作，因此这是一个用途广泛的系统。研究人员认为，他们的设备有可能解决可持续发展和循环经济问题。这项研究的通讯作者ErwinReisner说："我们的设备仍然只是一个原理验证，但如果我们要发展真正的循环经济和可持续的未来，我们就需要这些解决方案。气候危机与污染和健康问题密切相关，开发一种有助于同时解决这两个问题的方法将改变许多人的命运。"这项研究发表在《自然-水》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1396809.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1396809.htm