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如果能捕捉空氣中的水分子，再將其轉化成液態水用于工農業生產，或許可以緩解部分干旱地區的用水焦慮。近日，江南大學教授付少海團隊聯袂福州大學教授賴躍坤團隊刊發的一項最新研究，給上述展望提供了一種技術路徑。在這項研究中，團隊設計了一種核殼結構的氣凝膠，通過對其結構的親水、疏水性能的調節，可以選擇性地捕獲、釋放水分子，同時截留水汽中的鹽。該成果近日發表于國際學術期刊《物質》。
水資源短缺給人類的生產帶來了巨大挑戰。有數據顯示，預計到2050年，全球缺水人數將達到50億。相關研究統計表明，空氣中的水汽資源含量約為12900立方千米。因此，大氣水收集技術受到研究人員的廣泛關注，特別是對于干旱沙漠或少雨地區，大氣水收集成為獲取淡水的有效方法之一。
此次研究中，團隊設計了一種特殊結構的氣凝膠。“我們在氣凝膠的內層添加了吸濕鹽氯化鋰，這種材料能直接從大氣中捕獲水分子。當水分子在氣凝膠內富集到一定程度時，會變成液態水。然而，氣凝膠內部孔道的容積有限，隨著吸濕時間的增加，其內部所捕獲的液態水易發生滲漏，并帶走一部分吸濕鹽，從而導致樣品的吸濕能力下降。為了防止吸濕鹽的滲漏，我們在氣凝膠的外層設計了一層由纖維素構成的多孔疏水殼層。”論文的共同通訊作者付少海告訴科技日報記者，當水分子在氣凝膠內富集到一定程度，會轉化為液態水。當氣凝膠收集到一定量的液態水后，再通過陽光照射，氣凝膠外層的炭黑可以產生大量的熱量，把內部的液態水轉化成水蒸氣釋放出來。再借助其他設備，就可以將水蒸氣轉化為淡水。
這款氣凝膠的關鍵在于多孔疏水殼層的孔徑大小。如果孔徑過小，水分子難以透過疏水殼層釋放出來；如果孔徑過大，則疏水殼層內部的吸濕鹽會與其所捕獲的液態水一同滲漏出來。經過計算，疏水層孔徑在57納米至1490微米之間時，氣態的水分子可以順利穿過疏水殼層且疏水殼層內部的液態水不會發生滲漏。
“我們希望能將這種氣凝膠應用到我國的一些干旱少雨地區。這些地區夜晚氣溫低、空氣濕度相對較大，可以將空氣中的水分子捕獲到氣凝膠中；而白天則利用太陽照射，從氣凝膠中提取淡水。這些淡水可以用于農業生產灌溉，也可以嘗試用在城市農場里。不過，目前這還只是暢想，如果想產業化，還有一段很長的路要走。”付少海說。
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