瑞士教授開發(fā)出針對(duì)霧氣水源的高效凈水裝置

淡水是所有生命存活必不可少的資源。作為地球上數(shù)量最多，同時(shí)也是分布最廣泛的生物，人類對(duì)于水資源的需求正隨著我們社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)及生活質(zhì)量的提高而與日俱增。然而，世界范圍內(nèi)人口的增長正令淡水資源變得愈加珍貴。由于自然條件或歷史發(fā)展的限制，部分國家的民眾在能否獲取淡水資源這一問題上面臨著困難和挑戰(zhàn)。目前無論是水資源的分布還是社會(huì)充分利用淡水的能力都體現(xiàn)著明顯的不均衡：大部分的發(fā)達(dá)與中高收入國家坐落于自然環(huán)境相對(duì)優(yōu)越的中高緯度地區(qū)，同時(shí)還掌握著開發(fā)與儲(chǔ)蓄水源的技術(shù)；聯(lián)合國最不發(fā)達(dá)國家（LDCs）名單內(nèi)則涵蓋了不少地處熱帶、頻繁遭遇極端干旱天氣，卻無力為其國民提供穩(wěn)定生活用水的發(fā)展中國家。此外，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中排放的附加污染也令地表水資源的利用安全性變得異常復(fù)雜。在這樣一個(gè)嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)下，人類必須積極尋找解決思路并盡可能地付諸實(shí)踐。來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）的教授們于2023年8月在《自然》（Nature）期刊上發(fā)表了一篇關(guān)于如何收集潮濕空氣中的水分的文章，并介紹了該團(tuán)隊(duì)初步設(shè)計(jì)的水質(zhì)凈化裝置，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

圖源：Ecofriend

事實(shí)上，從霧氣中獲取日常生活用水并不是一件新奇的事：在南美洲秘魯、玻利維亞以及智利等海拔較高且受暖濕氣流影響大的國家，不少當(dāng)?shù)厝藭?huì)將自制的網(wǎng)格放置在相對(duì)較高的區(qū)域（如屋頂、山坡）以收集液態(tài)水，經(jīng)過簡單的過濾之后，人們會(huì)將這些水用于清洗衣物或者做飯等。理想情況下，當(dāng)?shù)鼐用窨梢杂谜嫉貎H幾平方米的網(wǎng)格收集到數(shù)百滴水，這對(duì)于地表河流數(shù)量相對(duì)匱乏而經(jīng)常被霧氣籠罩的地區(qū)來講是絕好的消息。

但與此同時(shí)，全球范圍內(nèi)空氣質(zhì)量的下降也給這樣的嘗試帶來了新的難題。假若霧氣中的水分被過量的懸浮顆粒或有害氣體所滲透，那么后續(xù)在回收利用這些水源時(shí)，這些物質(zhì)極有可能危害個(gè)人健康，因此在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，這所歐洲院校教授們所設(shè)計(jì)的裝置內(nèi)的水質(zhì)凈化功能便顯得十分必要。教授們用特制的高分子聚合物與二氧化鈦（titanium dioxide）等材料覆蓋于該裝置的金屬網(wǎng)格表面，這一層物質(zhì)可以使收集到的水滴在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下盡快地滲入下方的容器內(nèi)，而網(wǎng)格上的二氧化鈦則會(huì)起到化學(xué)催化劑的作用，誘發(fā)針對(duì)霧氣水分中有機(jī)污染物的分解反應(yīng)，令這些污染物在進(jìn)入蓄水區(qū)前得以消解。鑒于該裝置嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)理念，一位名為里威克·戈什（Ritwick Ghosh）的教授對(duì)于其應(yīng)用效益十分自信：“我們的裝置不僅能高效地收集霧氣水分，同時(shí)還對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)處理，這意味著這一凈水裝置將可以在高人口密度等大氣污染嚴(yán)重的區(qū)域內(nèi)使用?！?/p>

里威克·戈什 圖源：ritwickghosh.com

該裝置的高效同樣也體現(xiàn)在耐用性層面。在成功安裝后，居民幾乎不需要對(duì)其進(jìn)行額外的養(yǎng)護(hù)，而為了確保二氧化鈦在24小時(shí)內(nèi)可以順利地扮演催化劑的角色，裝置僅需要接觸半小時(shí)左右的陽光紫外線，既環(huán)保又節(jié)能。同時(shí)，為了防止惡劣陰雨天氣持續(xù)時(shí)間過長可能給裝置效能帶來的不確定性，科學(xué)家們還為其設(shè)置了催化效應(yīng)的模仿記憶功能，令其可以在陽光缺失的時(shí)段仍可相對(duì)正常地運(yùn)作一段時(shí)間。

目前該裝置仍處于試驗(yàn)階段，而結(jié)果也令人振奮：在人工模擬的霧氣環(huán)境下，裝置可以捕獲其中8%的水汽，同時(shí)還成功地分離了其中98%的有機(jī)污染物，因此科學(xué)家也對(duì)其未來在現(xiàn)實(shí)中的有效運(yùn)用寄予了很高的期待，這其中就包括了來自美國的托馬斯·朔齊斯（Thomas Schutzius）。他解釋道：“除了為居民收集生活用水，該裝置還可用以減少工廠排放口冷卻蒸汽逃逸的幾率。在美國，我們通常需用大量的水去冷卻燃料裝置，而這將導(dǎo)致許多水在接觸高溫后以蒸汽的形式回到自然中。為了確保這些蒸汽內(nèi)不含有過量的有毒化學(xué)物質(zhì)，我們應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行收集并充分凈化，所以我認(rèn)為這項(xiàng)發(fā)明意義非凡，它定會(huì)在未來的市場(chǎng)備受青睞?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

1. Ritwick Ghosh, Adrien Baut, Giorgio Belleri, Michael Kappl, Hans-Jürgen Butt, Thomas M. Schutzius. Photocatalytically reactive surfaces for simultaneous water harvesting and treatment. Nature Sustainability, 2023; DOI: 10.1038/s41893-023-01159-9

2. https://www.sciencedaily.com/releases/2023/08/230816114231.htm

編譯：譚牧遙

審核：Samantha

編輯：Tommy