近期，上海交通大學(xué)制冷與低溫研究所王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA團隊在Wiley旗下的國際高水平期刊Advanced Science發(fā)表了題為“Hygroscopic Porous Polymer for Sorption-Based Atmospheric Water Harvesting”的綜述文章。該文章聚焦于目前熱點的吸附式空氣取水技術(shù)，針對新一代取水吸附劑材料——吸濕多孔聚合物（HPP），總結(jié)和分析了該類吸附劑材料的吸附機理、吸附-解吸特性和取水應(yīng)用潛力。針對基于HPP類吸附劑的空氣取水系統(tǒng)，闡明了系統(tǒng)中吸附床、太陽能吸收器、冷凝收集器等各部件對系統(tǒng)工作能力的影響，提出了對整體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和耦合優(yōu)化策略。最后，該文章展望了吸附式空氣取水技術(shù)未來的發(fā)展思路和方向。該工作對下一代空氣取水系統(tǒng)的開發(fā)構(gòu)建具有重大的指導(dǎo)意義，對吸附式空氣取水技術(shù)的產(chǎn)業(yè)落地具有極大的推動作用。
吸附式空氣取水（SAWH），作為解決全球水資源短缺問題的一大前景技術(shù)，針對干旱內(nèi)陸地區(qū)的水供應(yīng)問題具有巨大的應(yīng)用潛力。吸附劑材料和整體結(jié)構(gòu)共同決定了SAWH系統(tǒng)的工作能力。吸濕多孔聚合物（HPP）作為新一代的吸附劑材料，由于其在吸附-解吸性能、可擴展性和兼容性等方面的優(yōu)勢，近年來受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。然而，由于對該類吸附劑的機理、性能和應(yīng)用潛力等缺乏全面準確的指導(dǎo)，制約了其后續(xù)發(fā)展。
針對上述問題，本文從吸附機理、吸附-解吸性能和應(yīng)用等方面介紹了HPP類吸附劑的最新進展。作者首先介紹了吸附式空氣取水的背景、該技術(shù)在材料和系統(tǒng)方面的發(fā)展現(xiàn)狀，并簡要說明了HPP類吸附劑的分類、組成結(jié)構(gòu)和突出優(yōu)勢。之后，根據(jù)吸附過程中吸附劑分子與水分子之間的不同相互作用類型，作者對HPP類吸附劑的吸附機理及相關(guān)行為進行了分類和介紹。最后，作者從其吸附和解吸性能出發(fā)，總結(jié)和分析了HPP類吸附劑的取水性能和應(yīng)用潛力，其中涵蓋了對平衡吸附性能、吸附動力學(xué)特性、光熱轉(zhuǎn)換特性、材料導(dǎo)熱特性、吸附-解吸效率等方面的研究和討論。
在總結(jié)分析的基礎(chǔ)上，本文提出了針對基于HPP吸附劑的整體取水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計策略和未來展望，以指導(dǎo)下一代空氣取水系統(tǒng)的開發(fā)和推動該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。核心內(nèi)容包括：（1）從吸附-解吸過程出發(fā)，探討了水蒸氣被HPP類吸附劑捕捉/脫附過程中存在的四步傳質(zhì)阻力；并針對性地提出結(jié)構(gòu)設(shè)計策略來減小氣體擴散和液體滲透過程的傳輸阻力，以強化HPP基吸附床的傳質(zhì)特性。（2）從解吸-冷凝過程出發(fā)，闡明了太陽能吸收器、吸附床、冷凝收集器等各部件對系統(tǒng)各性能指標（光熱轉(zhuǎn)換效率、冷凝效率、吸附-解吸比例、解吸-冷凝比例等）的影響；進而提出各部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和耦合設(shè)計思路，旨在最大化HPP基吸附式空氣取水系統(tǒng)的取水能力。（3）針對基于HPP的新一代SAWH系統(tǒng)，作者從能源驅(qū)動類型和方式、解吸模式、HPP結(jié)構(gòu)設(shè)計方法以及多效聯(lián)產(chǎn)等方面對其發(fā)展提出了一些新的展望。
論文信息：
Hygroscopic Porous Polymer for Sorption-Based Atmospheric Water Harvesting
Fangfang Deng, Zhihui Chen, Chenxi Wang, Chengjie Xiang, Primo? Poredo?, and Ruzhu Wang*
Advanced Science
DOI: 10.1002/advs.202204724
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202204724
