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德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员开发出一种可生物降解、基于生物质的水凝胶，能有效地从空气中提取饮用水，为离网社区、紧急救援和农业用水提供了一种可扩展、可持续的解决方案。
利用生物质制造的吸水剂，可从稀薄的空气中提取饮用水。 资料来源：德克萨斯大学奥斯汀分校
德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员开发了一种新系统，可以从稀薄的空气中提取可饮用水，而废弃的食物残渣、杂树枝、贝壳和其他天然材料是该系统的关键成分。
这种创新系统被称为"分子功能化生物质水凝胶"，它将多种天然产品转化为吸附剂--一种可以吸收液体的材料。 通过将这些吸附剂与温和的热量相结合，研究人员可以从大气中提取出数以加仑计的饮用水，即使在干旱的条件下也是如此。
UT奥斯汀分校材料科学、机械工程和德克萨斯材料研究所教授于桂华说："通过这一突破，我们创造了一种通用的分子工程策略，可以将多种天然材料转化为高效吸水剂。这开辟了一种全新的可持续集水思路，标志着向家庭和小型社区规模的实用集水系统迈进了一大步。"
在实地测试中，研究人员发现每公斤吸水剂每天能产生 14.19 升（3.75 加仑）的清洁水。 而大多数吸水剂每公斤每天可产生 1 至 5 升水。
这项新研究发表在《先进材料》上。
将生物质转化为高效吸附剂
研究人员说，这种系统代表了一种设计吸附剂的新方法。 传统的"选择-组合"方法需要为特定功能选择特定材料，而这种通用分子策略则可以将几乎任何生物质转化为高效的吸水剂。
现有的合成吸水剂使用石油化工产品，通常需要高能量输入，与之不同的是，德克萨斯大学奥斯汀分校团队的生物质水凝胶可生物降解、可扩展，只需极少的能量就能释放水。 其中的奥秘在于一个分两步的分子工程过程，它能赋予任何生物质基多糖（如纤维素、淀粉或壳聚糖）吸湿特性和热致伸缩行为。
该研究的首席研究员、资深博士生关维新（Weixin Guan）说："归根结底，清洁水的获取应该是简单、可持续和可扩展的。这种材料为我们提供了一种利用自然界最丰富的资源、随时随地从空气中制造水的方法。"
这项最新创新是于教授多年来为缺乏清洁饮用水的人们开发解决方案的努力的一部分。 他在自己的职业生涯中开发了水生成水凝胶，并使其适用于最干旱的条件。 他最近创造了一种可注射水过滤系统，并将水凝胶技术应用于农业。
研究团队目前正在努力扩大生产规模，并设计现实世界中的商业化设备系统，包括便携式水收集器、自我维持灌溉系统和紧急饮用水设备。 从一开始，研究人员就把重点放在了可扩展性以及将这项研究转化为能够帮助全世界人民的解决方案的能力上。
"可持续集水技术的最大挑战在于开发出一种既能有效扩展规模，又能在实验室外保持实用性的解决方案，"实验室的研究生研究员赵亚璇说。"由于这种水凝胶可以从广泛可用的生物质中制造出来，并且只需输入极少的能量即可运行，因此它具有在离网社区、紧急救援工作和分散式供水系统中进行大规模生产和部署的强大潜力。"
编译自/ScitechDaily
DOI: 10.1002/adma.202420319
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