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基于吸附的大气水收集是缓解全球水资源短缺的一种有前途的方法。然而，不受日变化和天气影响，由可持续能源驱动的可靠供水仍然是一个长期的挑战。为了解决这一问题，提出了一种具有最佳混合脱附多循环操作策略的聚电解质水凝胶吸附剂，实现了全天的大气水收集，并显著提高了日产水量。聚电解质水凝胶吸附剂具有659 atm的较大内部渗透压，通过在其内部不断迁移被吸附的水来刷新吸附部位，从而提高吸附动力学。带电荷的聚合物链与吸湿性盐离子配位，锚定盐，防止团聚和泄漏，从而提高循环稳定性。混合解吸模式，结合太阳能和模拟废热解吸，引入均匀可调的吸附剂温度，实现全天超高速放水。通过快速吸附-解吸动力学，优化模型显示8个水分捕获-释放循环，高产产水量为2410 mLwater-1kgabsorbent-1 day-1，是单循环非混合集水模式的3.5倍。这种聚电解质水凝胶吸附剂的开发和耦合可持续能源驱动的解吸模式为下一代集水系统铺平了道路，极大地拉近了淡水在数公斤尺度上的距离。

图文简介

由可持续废热和太阳能驱动的大气水收集的水凝胶基材料平台示意图。a)非离子水凝胶和不与不带电聚合物链相互作用的自由LiCl示意图。b)具有配位LiCl和带相反电荷的亲水聚合物链的聚电解质水凝胶示意图。c)聚电解质水凝胶内部高效吸水、运输和储存示意图。水蒸气被孔壁表面自由配位的LiCl捕获，生成的LiCl溶液中被捕获的水分子由于强大的渗透压差被拉入水凝胶内部，促进被吸附水的转移和滞留。d)废热与太阳能耦合的混合解吸模式释水示意图。e)驱动解吸的所有部门的全球废热潜力

PAMPS- cnt - licl水凝胶吸附剂的制备和表征，自由和协调licl。a) PAMPS- cnt - licl水凝胶制备过程示意图。b)动态力学分析显示PAMPS和PAMPS- cnt水凝胶的储存模量(G′)和损失模量(G′)。c) PAMPS- cnt水凝胶在不同浓度LiCl溶液中的溶胀比，表明制备的水凝胶具有较高的渗透压。e)水凝胶的FTIR光谱，显示出S=O拉伸振动的明显移位峰。f) PAMPS- cnt和PAMPS- cnt -LiCl水凝胶的高分辨率S2p XPS光谱，显示了磺酸基的峰位和强度变化。g)水凝胶的XRD谱图，显示了无定形的PAMPS相以及LiCl和LiCl·H2O晶体贡献的尖峰

PAMPS-CNT-LiCl的水蒸气吸附-解吸性能。a) 25℃和60℃时的吸水等温线。b) DVScurves显示了pamps - cnt - licll在30℃下15% RH、30% RH、60% RH、90% RH不同工况下的动态吸水过程，以及在90℃(4.2 kPa)下6.0% RH工况下的动态解吸水过程。c) 30% RH下毫克尺度样品的导数吸水变化，突出了吸附和解吸时间的差异。d)在25°C, 30% RH条件下，湿室中测试的散装PAMPS-CNT-LiCl样品和不同比重的LiCl的动态吸附曲线，显示了样品尺寸对吸附动力学的影响。e) 30% RH条件下大体积样品的导数吸水性变化。f) 30%、60% RH和90% RH条件下，0.45 g cm-1 PAMPS-CNT-LiCl体积样品在30°C条件下的动态吸附曲线。g) 0.45 g cm-1 PAMPS-CNT-LiCl体积样品在60°C、75°C、90°Cand4.2 kPa条件下的动态解吸曲线。h)在25°C, 90% RH的吸附和90°C, 4.2 kPa的脱附条件下进行了15次水吸附-脱附循环试验，表明有满意的水吸附-脱附循环稳定性。i)循环试验前后90% RH的动态吸附曲线表明吸附动力学性能没有恶化

耦合能量源下PAMPS-CNT-LiCl的水蒸气脱附性能a)脱附性能评估装置示意图，显示了由电驱动焦耳加热器和太阳能(SE)输入代表的模拟废热(SWH)的位置。b)模拟太阳强度为0.6、0.8、1.0和1.2 kW/m2时se驱动的动态解吸曲线。c)源温度为50、60、75、90℃时swh驱动的动态解吸曲线。d)模拟太阳强度为1.0 kW/m2, SWH温度为50、60、75和90℃时的混合解吸曲线。e)测量了se驱动、swh驱动和混合解吸模式下，初始2小时解吸期间的释水量。f)模拟结果显示了PAMPS-CNT-LiCl水凝胶在se驱动、sw驱动和混合脱附模式下的表面温度变化。g) se驱动、swh驱动和混合脱附模式下PAMPS-CNT-LiCl水凝胶的温差变化模拟结果。h)在se驱动、swh驱动和混合解吸模式下，PAMPS-CNT-LiCl水凝胶在30分钟后的温度曲线

多循环吸附-解吸模式的概念及优化a)太阳能与废热耦合驱动的全天多循环AWH模式示意图。b)多循环AWH模式下的吸水模式及吸附-解吸持续时间示意图。c) 60% RH和90% RH下的模拟和实验吸水变化，显示FD模型的准确性。d)优化程序获得的根据吸附时间(20 ~ 180 min)和解吸时间(10 ~ 60 min)每天放水量的图形图。e)部分放大的图形图表示每天的放水量

全天多循环大气集水示范。a)概念验证型大气水采集器示意图。b)未加工、亲水性涂覆和疏水性涂覆丙烯酸膜的紫外-可见-近红外光谱。插图显示亲水性盖(上)和疏水性盖(下)的水接触角。c)大气集水机能量流图。d)混合解吸模式下，白天运行的集水机各部件的温度变化。e)夜间以水蒸汽驱动解吸工作的集水机部件的温度变化。f)白天混合解吸模式下水采集器的温度梯度表示吸附剂的热局部化。g)日间混合脱附模式下集水机的蒸汽压梯度，显示了吸附剂与冷凝盖之间的显著蒸汽压差。h)全天各AWH循环的吸水量、放水量和集水量。i)全天多循环混合脱附AWH模式与东南或西南驱动的单循环AWH模式的日产水量比较

论文信息

原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202302038

通讯作者：上海交大王如竹，新加坡国立大学Swee Ching Tan