【MOF-801集水】利用自然阳光驱动的金属有机框架从空气中收集水

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摘要：
作者开发了基于MOF-801的装置，以自然阳光为低品位热源，在环境条件下从空气中捕集水。该装置在相对湿度低至20%时，每日每千克MOF可收集2.8升水，无需额外能量输入。

研究背景：
行业问题：全球超半数人口面临水资源短缺，现有露水收集需100%相对湿度，雾捕获能耗高，多孔材料存在吸水率低或脱附能耗高的问题。
本文创新：选用MOF-801，利用其分子层面可控、高孔隙率特性，结合太阳能驱动脱附，实现低湿度环境下高效取水。

实验部分：
MOF-801制备与活化：按文献合成粉末，150℃真空加热24小时活化，浸润到多孔铜泡沫中制成吸附层（5cm×5cm×0.41cm，1.79g MOF）。
环境舱吸附-脱附实验：在35℃、20%相对湿度环境中吸附70分钟达平衡，以1kW/m²太阳通量照射脱附，冷凝器收集水。
户外原型装置测试：搭建含MOF层的原型机，MIT屋顶过夜吸附，次日利用自然光脱附，观察水滴形成与收集。

分析测试：
吸附-脱附性能：MOF-801在25℃、20% RH时吸水率0.25kg/kg，单次循环产水0.24L/kg，24小时产水2.8L/kg。
结构与形貌：MOF-801晶体直径约0.6μm，含三种对称空腔，堆积孔隙率0.85，太阳吸收率0.91。
动力学模拟：COMSOL模型预测，1mm厚MOF层每日产水0.9L/m²，与实验结果吻合。
机理：MOF孔隙中水分子形成簇，低品位热即可脱附，太阳能驱动实现吸附-脱附循环。

总结：
主要结果：MOF-801装置在低湿度下高效太阳能取水，性能优于传统材料。
创新突破：首次实现MOF基低能耗户外取水，阐明太阳能驱动吸附-脱附机理。
潜在意义：为干旱地区提供可持续供水方案，缓解全球水资源短缺。

Water harvesting from air with metal-organic frameworks powered by natural sunlight
文章作者：Hyunho Kim, Sungwoo Yang, Sameer R. Rao, Shankar Narayanan, Eugene A. Kapustin, Hiroyasu Furukawa, Ari S. Umans, Omar M. Yaghi, Evelyn N. Wang
DOI：10.1126/science.aam8743
文章链接：http://science.sciencemag.org/content/early/2017/04/12/science.aam8743

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