桶装水怎么做的(华人科学家利用空气制水，连普通人都能做，它技术含量高吗？)

Posted 2023-05-30

篇首语：关山初度尘未洗，策马扬鞭再奋蹄！本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了桶装水怎么做的(华人科学家利用空气制水，连普通人都能做，它技术含量高吗？)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

桶装水怎么做的(华人科学家利用空气制水，连普通人都能做，它技术含量高吗？)

5月19日，华人余桂华团队研制出了一种低成本的凝胶膜，它可以直接从空气中制取水份，甚至在干燥的沙漠收也有同样的功效，惊呆了科学家，这项研究，也被称为未来将帮助地球上近三分之一的干旱地区人口。

那么问题来了：凝胶膜到底是啥，它为啥能从空气中制水的

这种凝胶膜有多神奇？

这种凝胶膜的大名，叫做——超吸湿性聚合物薄膜。

它的吸湿性有多强呢？研究团队在论文中给出了数据，在空气湿度为30%的情况下，每千克的薄膜，每天能制取13升左右的水，在空气湿度只有15%的情况下，每天也能制取超过6升的水。

这个量是多还是少呢？

正常成年人每天的饮水量在1到1.5升左右，也就是说，即便是在空气湿度只有15%的干旱地区，一千克凝胶膜每天制取的水，也足够供应一家三口饮用所需。

这可以解决相当多干旱地区的饮用水安全问题，要知道，即便是在很多沙漠地区，空气湿度平均也有20%左右。这样的空气湿度，足够制取出满足一家人所需的饮用水。

更为重要的是，这种凝胶膜的制造成本也非常低，每千克的制造成本只有2美元左右。很多干旱缺水地区同时也是较为贫困的地区，这样低廉的成本，能够让这些地区的人们不至于无法承受，那么这种凝胶膜是啥呢？

神奇的凝胶膜

说出来很多人可能都不敢相信，这些凝胶膜使用的材料都是生活中非常基础的材料，比如说用植物纤维素简单处理之后获得的羟丙基纤维素（HPC），以及厨房里更常见的魔芋胶，再加上一点氯化锂溶液。这三种物质按一定比例混合，再豁楞豁楞，搅拌均匀，倒入模具中，两分钟之后，凝胶膜就会自发生成。

整个制造的流程简单得不可思议，同时原材料也非常的简单易得。研究团队的羟丙基纤维素和化学试剂，都是从一家化学用品公司购买的，而魔芋胶干脆是在亚马逊网购的。

并且，所有材料都没有经过进一步的提纯或者复杂的处理，这意味着，如果知道配比，甚至连普通人都能在自己家里制备出这种凝胶膜。

像这种看似神奇、高大上的科技产品，其实是用常见原料，简单步骤制成的例子还有很多。

比如说现在大火的石墨烯，因为其高导电性、高抗菌性、高机械强度等等特性，被称为“完美材料”、“新材料之王”，是科学研究的前沿热点话题。但是石墨烯这种高大上的材料，其原材料石墨，只是一种随处可见的物质，你手里的铅笔笔芯，就是用石墨制成的。

而且石墨烯最初的制造流程更是简单到让人不敢相信：用胶带粘住石墨片的正反面两面，然后手撕胶带，分成两半，不断地重复这一过程，经过20多次左右，就能得到只有一层碳原子的石墨烯了。

更有甚者，都柏林大学的一位学者，直接把铅笔芯扔到厨房搅拌机里，只要几个小时就能获得石墨烯了。

就像罗丹说的，“生活中不缺少美，只是缺少发现美的眼光。”，生活中也不缺少科学，只是缺少发现科学的眼光。

沙漠中制水，怎么做到的？

其实，这些凝胶制水，是分成吸水和排水两个阶段的。

在吸水阶段，超级疏松多孔，同时又亲水的魔芋胶，可以在空气流经凝胶膜时，截留下空气中的水汽。即便是在湿度只有15%，能让人流鼻血的干燥空气中，每千克的凝胶膜，都能在一个小时左右吸收500克左右的水；在湿度30%的环境下，还能将时间缩短到半个小时，吸水量提升到750克左右。

但是，如果光吸收水分，但不排出水分，那我们只会得到一团魔芋胶糊糊，无法获得真正的饮用水。

所以，科学家在凝胶膜中加入了疏水性的羟丙基纤维素（HPC），这种纤维素化合物，具有特殊的热适应性。即温度越高，疏水性越强，越能将凝胶膜中的水分子排出。这样，只要将凝胶膜进行加热，让凝胶膜排水的速度超过吸水的速度，就可以将凝胶膜捕获的水分释放出来。

研究人员给出的数据是，当加热到60摄氏度时，凝胶膜中捕获的水，可以在10分钟内排出70%。

真正使用时，可以用70分钟的时间来充分吸收水分，再加热到60摄氏度，充分排水30分钟，然后再降温吸水，完成一个循环。如此循环往复，就可以在干旱环境中制取大量的水分。在空气湿度只有15%的环境中，一天最多可以完成14次循环，在空气湿度30%的环境下，可以完成24次循环。

未来的应用场景

首先，最重要的应用场景，也是研究人员在论文中提到的，就是用于空气湿度低于40%的广袤干旱地区，用来保证当地居民的饮用水安全。经由这种凝胶膜制取的水，只含有微量的锂离子，与纯净水相差仿佛，可以直接饮用，比干旱地区常见的取水手段更加安全。

其次，在部分更加湿润但不通自来水的偏远地区，这些凝胶膜能够制取更多的水，可以用来制取偏远地区人民的所需的生活用水。在遭遇地震、洪水等自然灾害时，这些操作简单，成本低廉的凝胶膜，还能用于保障灾区的紧急用水，制造干净安全无污染的饮用水。

更有效，更有前景的应用环境，其实就是用于光伏项目。

越往干旱地区，每年的光照时间就会越长。以中国为例，广大的南方地区，每年的有效光照时间，只有一千到两千小时，而到了西北内陆地区，每年光照时间可以长达三千到四千小时。大家都能很简单地看出，光伏项目建在内陆的经济效益，要远超南方湿润地区。这也是为什么大规模的光伏基地，都在青海、新疆等内陆地区的原因。

但是光伏项目建在内陆，也面临着内陆地区特有的问题——缺水。光伏面板想要保持良好的发电能力，就需要不定期地用水清洗面板，清理光伏面板上的尘土，保证面板的干净。再加上内陆地区的风沙和尘土更大，光伏面板的用水需求相应的也更大。内陆，甚至是沙漠地区的光伏项目，对这些能够在干燥空气中提取水分的凝胶膜，有着现实且巨大的需求。

同时，凝胶膜在使用时，需要加热到60摄氏度左右，才能高效地排水。这就需要外界环境输入一定的能量，光伏发电正好可以与凝胶膜形成配套，为其提供电力加热。

如果再脑洞大开一点，光伏发电站集中的西北地区，光热条件都十分优良，非常适合水果的生长，新疆的瓜果在全国都是有名的。

而光伏发电与凝胶膜制水相结合之后，不仅可以用来发电。还可以用凝胶膜制取宝贵的水资源，结合干旱地区优良的光热条件，开展特色种植业、养殖业，发展出一批独具特色的光伏水果来也是有可能的。

总之，凭借着超高的制水能力和低廉的成本，超吸湿性聚合物薄膜的应用场景十分的广阔，未来甚至有可能成为一种改变世界的发明。而谁又能想到，这样一种神奇的高科技材料，其原料，居然是厨房里的一袋魔芋胶呢？