Page 72 - 《精细化工》2023年第6期
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·1222·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

                 FATHIEH 等  [66] 同样使用 MOF-801 作为吸湿材            利用。但 SAWH 系统中能源的充分利用在很大程
            料，为了提高系统中水蒸气的冷凝效果，该系统在                             度上尚未探索，因此添加热电模块、将热能采集器
            冷凝器的外壳侧壁表面涂覆红外反射涂层，并在盖                             或转换器与该系统相结合是很有前途的方法。
            子上安装反射器，确保只有 MOFs 的表面暴露在太                          SAWH 有效利用环境能源来提高系统性能方面也
            阳辐射下，以此保持较低的冷凝器温度。而 EJEIAN                         值得探索。例如：可以采用特殊设计，利用自然风
              [7]
            等 则使用相变材料来提高冷凝器效果（图 4b），利                          来增强 SAWH 系统中的分子扩散和传热。此外，如
            用相变材料储存夜间的自然寒冷来保持冷凝器温度                             何在不同天气状况下以节能的方式在单位时间产生
            恒定。将该装置在 35% RH 的夏天进行测试，一天                         足够的淡水，以及在偏远地区使用系统、系统外体
            内成功收获了 0.92 L/kg 的水，所以该装置的设计原                      使用材料、最大限度地减少热损失以及系统高效运
            理在降低热损失方面具有较高的参考价值。                                行、低维护费用是关键问题，这都是未来需要应对
                 SRIVASTAVA 等  [11] 设计了 Scheffler 反射器（图        的挑战。
            4c），将太阳能集中在一个固定点上，提高了太阳能                               值得关注的是，SAWH 技术已用于实际生产，如
            的利用率，从而更高效地解吸水蒸气。WANG 等                     [12]   FATHIEH 等  [66] 论证出大气集水装置在沙漠气候下的
            从蜂巢的六边形格子中得到灵感，设计了基于蜂窝状                            水分为 78 g/d，水生产量更接近实际应用。HANIKEL
            吸附床的集水装置（图 4d）。将大量的吸附剂加工成                          等 [44] 使用集水装置在莫哈韦沙漠（27  ℃、32% RH）
            板状或波纹状结构，使比表面积最大化。该装置即使                            实现每天 8~9 次吸附-解吸循环，并达到每天 1.3 L/kg
            在沙漠中极端干燥的气候条件（15  ℃、37% RH）                        的产水率。WANG 等        [68] 使用活性炭纤维/硅胶/ LiCl
            下，每天可产淡水 14.3 kg，为缓解沙漠和岛屿地区                        （ASLi）复合材料在 31  ℃、70% RH 的真实岛屿气
            的淡水短缺提供了一种非常实用的解决方案。QI 等                    [10]   候条件下，一天内可实现 2 次吸附-脱附循环，日产
            将界面太阳能加热技术与离子液体基吸收剂相结合                             水量可达 0.39 kg/kg。以上结果均说明，SAWH 系统
            设计了集水器（图 4e），以亲水性碳纤维膜为太阳能                          有望在沙漠、海岛地区实现大规模、实用的供水。
            吸收剂，高吸湿性离子液体 [EMIM][Ac]作为吸收                        此外，SAWH 技术已在农业应用方面取得了实质性
            剂，实现了吸附剂表面的局部热化，解决了不完全的                            进展，如在稳定的相对湿度条件下，从空气中取得的
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            日间解吸问题，该系统每天的产水量为 2.8 L/m 。                        水可提供充足的水源，萝卜种子仅需 2 d 就能发芽                  [69] ，
                 HAECHLER 等    [67] 将辐射屏蔽和冷却协同结合               还用于菠菜的种植        [70] 以及屋顶农业水生植物的土壤
            起来，使用超疏水冷凝器以及对水滴进行聚结诱导                             灌溉  [71] 。因此，SAWH 技术对全球水-能源-粮食的
            除水机制对采水系统进行了优化，使凝结的水滴在                             关系做出了重大的贡献，为分散供水和适合干旱和
            最大程度上得到收集。该系统因无需额外的能量输                             半干旱地区及其他地区的作物生产提供了有希望的
            入，为进一步实现任意辐射冷却材料性能最大化开                             解决方案，具有实现可持续发展目标的潜力。
            辟了新的途径。WU 等          [13] 利用 TUN/SA 作为大气水          4   结束语与展望
            吸附剂，配备了可翻转的吸附级，能够在太阳光照
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            射下连续生产水。该系统在 1 kW/m 的辐射下，该                             SAWH 是解决资源短缺问题的一种可行、可持
            器件在 20% RH、298 K 条件下表现出 58 mL/(kg·h)               续的方法。该技术具有分散供水的优势，不受地域
            的产水能力。为了达到更好的吸附效果，XU 等                      [62]   限制，尤其对于中国干旱缺水及水运网络不发达地
            集成 4 层吸附剂板设计了具有矩形阵列吸附床的                            区尤为重要，潜在地支持了数百万人的饮用需求以
            SAWH 装置（图 4f），增大了吸附床层面积。该装                         及农业用水，有效缓解了中国的淡水危机。本文全
            置通过交替切换 4 个吸附剂片的位置，兼具协同传                           面综述了 SAWH 的最新进展，整理了目前应用于
            热和传质增强功能，每天可实现 8 个连续的吸附-                           SAWH 的吸湿盐类、沸石类、硅胶类、MOFs 类等
            解吸循环，产生高达 2120 mL/kg 的水。                           吸湿材料，并对材料的性能进行了综合比较。优良
                 目前，对 SAWH 的研究主要集中在各种高性                        的吸水性是实现高效大气集水的先决条件，但结构
            能吸附材料的开发上，而对整个系统的优化研究较                             稳定、循环稳定等性能在 SAWH 实际应用中也起着
            少。事实上，系统级设计同样重要，SAWH 技术的                           关键作用。其中，吸湿盐类、沸石类、硅胶类、MOFs
            进一步发展必须高度依赖于材料和系统工程的共                              类等单一类型吸湿材料虽在价格或某一方面具有优
            同发展。除了上述讨论的吸附床及冷凝器的设计策                             势，但仍存在许多问题，如易抱团、难再生、难解
            略外，还可以通过优化能源利用效率来进一步提高                             吸、难合成等。而聚合物类凝胶等复合材料类吸湿
            系统性能，如将能源转换为热能、电能、风能加以                             材料表现出较好的综合性能，同时也是大气集水实
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