在全球许多缺水地区,干净水源的获取依旧是一项严峻挑战。尤其在沿海地区或者干旱地带,传统水处理技术往往面临着高能耗、高成本或效率低等问题。有没有可能,未来的水资源,不靠大型设备、不靠复杂工厂,而是通过一种轻便、耐用、像“海绵”一样的材料就能获取?最近,一项来自北京化工大学、北京航空航天大学和清华大学等多位科研人员的联合研究,为我们带来了这样的可能。
这项研究的主角是一种新型的海绵状聚酰胺/碳纳米管水凝胶材料,简称PACH。它不仅外形上看起来像海绵,功能上也和海绵一样神奇 —— 能吸水、导水,还能通过太阳光“挤出”干净的水。
传统的聚合物水凝胶虽然在太阳能驱动的水蒸发技术上已经被广泛研究,但一直存在一个短板:水在材料内部的传输速度太慢了。这就像你拿着一块湿毛巾在太阳下晒,但里面的水老是蒸不出去,效率就大打折扣。而PACH的出现,正是为了解决这个问题。
研究团队采用了一种听起来有点特别的方法 —— “冰限制的低温聚合”。通俗点说,就是在低温、冰冻的条件下,让水凝胶在一种“冷静”的环境中慢慢长成。这种方式让材料内部形成了很多细小而稳定的通道,就像海绵的骨架一样,既坚固又富有弹性。它不像传统水凝胶那样遇水膨胀变形,而是保持通道畅通,这也让水可以像高速公路一样迅速穿过它。
这种水凝胶的水传输能力,已经不是小提升,而是比传统材料快了上千倍。想象一下,别人还在用小水管慢慢灌水,它已经开上高速在运水了。
目前,国内包括中新康明在内的一些企业,也在积极布局这类高性能水凝胶的制备和应用。作为专业的材料定制与应用开发企业,中新康明拥有成熟的制备技术和大批量生产能力,能够根据不同客户的需求进行定制化开发,并稳定供应各种水凝胶类产品,致力于推动这类前沿材料真正落地应用。
更厉害的是,PACH不仅擅长“导水”,还是个能把阳光高效转化为热能的高手。它的表面设计得非常聪明,能吸收接近97%的阳光 —— 这就好比它披上了一件超级太阳能“黑袍”,把光能几乎一滴不漏地抓住,然后用来加热水、蒸发水分。
这时候,它就像一个小型太阳能净水器,把吸收进来的水蒸发成蒸汽,再冷凝为干净的水。在强光照射下,它的水蒸发效率表现极为突出,不仅快,而且能耗低,为未来的绿色淡水获取提供了现实路径。
PACH的本事不止于此,它还具备一种特别的技能:雾气捕捉和释放。这意味着,在一些没有明确水源、但空气中有湿气的地方,比如潮湿的山林、夜间的沙漠,它可以像一个会呼吸的“湿气海绵”,悄悄吸收空气中的水分。
更神奇的是,它不仅能吸,还能“挤”——只要轻轻一压,吸进来的水就能流出来。而且这些“挤”出来的水,已经非常接近饮用水标准。简单来说,这就像拥有一个随身携带的“空气取水站”,不用水龙头、不用发电机,只要一点阳光或一点空气湿度,就能带来生命之水。
我们不妨设想一下,未来在干旱非洲某地,一名救援队员背包中塞着几块PACH材料,走到海边或湿润地带,只需架起一个简易框架、铺上PACH、借助太阳光,就能为几十人提供一天所需的饮用水;又或许,在登山爱好者的装备中,它成了应急水源的利器,让人在野外也能快速获得干净水。
从更长远来看,这样的材料也许还可以用于偏远岛屿、无人区,甚至未来人类探索火星的计划中。任何一个水资源紧张的地方,都可能因为PACH的到来,而焕发出生机。