气候变化和人口增长导致的水资源短缺对人类社会构成了严重威胁。目前，各种水净化技术中，有一种是有前途的策略，在空间或时间上不受限制——大气集水(AWH)。

近日，得克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授回顾了AWH吸附剂设计和研究的最新进展，从创新化学到复杂结构和功能组件的集成，并阐明了控制水捕获和释放过程的结构-性质-性能关系。

文章要点

1）作者首先综述了商业吸附剂材料，包括硅胶、沸石和活性炭等率先得到研究的吸附剂，它们具有相对大的比表面积，有利于吸附过程。水分的吸附是指吸附剂通过物理或化学相互作用在其表面上捕获气相中的水分子的过程，对应于物理吸附或化学吸附，因此可以在吸附剂的表面产生水分子层。一种典型的AWH吸附剂是硅胶，一种表面带有硅烷醇基(Si-O-H)和硅氧烷基(Si-O-Si)的部分脱水聚合硅酸。

2）从金属二级结构单元(SBUs)和有机连接体构建，高度多孔的本质和高度的化学和结构可调性使得金属有机框架(MOFs)有希望成为一类新型的实用水收集器。作者总结了用于AWHs的MOFs的具体特征和评价参数。从MOFs等温线开始，系统地介绍了蒸汽吸附的机制，以及影响水稳定性的参数和有利的水收集器的可调方面。

3）作为吸附剂材料的盐基复合材料，盐基复合材料激发了人们对吸附剂基AWH的兴趣，它在低相对湿度范围内具有无与伦比的高吸水性能。所研究的基质有益于盐复合材料，主要是因为组装骨架或模板诱导的多孔结构使其具有更大的表面积。此外，聚合物水凝胶也成为负载吸湿盐的有前途的平台。未来的研究集中于理解基质结构和吸附/解吸动力学之间的关系，这可以通过对合成可调结构的系统研究来实现。对可用基质材料的不断探索提供了更多的机会来形成易于扩展的、单片的、低成本的盐基复合吸附剂。

4）聚合物吸附剂，尤其是聚合物水凝胶，由于其亲水性和溶胀性而成为AWH的新兴材料平台。在富含水的环境中由交联的亲水聚合物链形成的聚合物水凝胶可以在3D交联网络中储存更多的收获水。与受其原始孔体积和比表面积限制的盐基复合材料和MOF材料不同，聚合物水凝胶在聚合物网络中储存更多的水，从而与刚性固体框架相比具有更高的吸水能力。

5）能够捕获水分的液体可以用作AWH吸附剂，例如盐溶液(例如LiCl、CaCl2)和离子液体(ILs)。在吸收过程中，基于Henry's定律，蒸汽分子首先被液体吸附剂吸附，然后扩散到本体溶液中。液体吸附剂最有利于低温水的释放。然而，由于水在本体溶液中扩散缓慢，液体性质不可避免地导致缓慢的吸附动力学，并且在吸附剂储存、运输和用于大面积暴露的装置的实际应用中需要较高的成本。需要优化装置来提高AWH的性能，例如促进质量传输和多层蒸气压控制。

6）设计水分收集器和集成系统以获得高的淡水日产量仍然至关重要。作者总结了实用水收集器的典型设计。

7）在AWH吸附剂材料辅助下，AWH技术可以经常用于日常用水，如家庭饮用水供应，工业用水和个人卫生。AWH吸附剂材料的开发和先进的AWH集成系统被认为是为那些困难地区的人们提供足够饮用水的有前途的平台。除了日常的水生产，AWH吸附材料在其他应用中也发挥着重要作用，如除湿、农业灌溉和热管理。

参考文献

Wen Shi, et al, Sorbents for Atmospheric Water Harvesting: from Design Principles to Applications, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202211267

https://doi.org/10.1002/anie.202211267