超吸湿性中空生物聚合物微珠：清洁水生产与大气水灌溉的创新解决方案

本研究针对干旱地区水资源短缺问题，开发了基于海藻酸钠(SA)/木质素磺酸钙(CaLS)的空心吸湿微珠，通过负载LiCl或CaCl2 盐分，制备出LiCl/SA/CaLS/CNTs和CaCl2 /SA/CaLS两种微珠。其中LiCl/SA/CaLS/CNTs在90%相对湿度(RH)下吸水量达11.7 g/g，且能在自然光照下2.5小时内释放99.9%水分；CaCl2 /SA/CaLS微珠使黑麦草存活期延长13天。该全天然材料为干旱地区清洁水生产和农业灌溉提供了可持续解决方案。

　　

水资源短缺已成为全球性挑战，尤其在占地球陆地面积42%的干旱和半干旱地区，这一问题严重制约着人类生活和农业生产。传统技术如海水淡化、集露取水等依赖现有水源，而气候变化导致的地下水位下降和极端干旱，使得这些方法面临严峻考验。大气中蕴藏着约1290亿吨水蒸气，相当于河流水量的6倍，如何高效捕获这些资源成为研究热点。

中国的研究团队创新性地利用海洋多糖（海藻酸钠SA）与木质素磺酸钙(CaLS)，通过无滴聚合技术制备出中空吸湿微珠。该材料负载氯化锂(LiCl)或氯化钙(CaCl₂
)后，形成LiCl/SA/CaLS/CNTs和CaCl₂
/SA/CaLS两种功能微珠。其中添加碳纳米管(CNTs)的微珠展现出卓越的光热转换性能，在90%相对湿度下吸水量高达11.7 g/g，户外实测日集水量达7.14 L/kg。更引人注目的是，CaCl₂
/SA/CaLS微珠应用于土壤改良后，在26°C、60%RH环境下使黑麦草存活时间较对照组延长13天，展现出显著的大气水灌溉潜力。

研究采用无滴聚合法构建微珠三维网络结构，通过扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)表征材料形貌与化学组成，利用气候箱模拟不同温湿度条件测试吸湿性能，并在自然光照下评估水分释放效率。土壤改良实验采用标准砂质土，监测植物存活时间作为关键指标。

Preparation and characterization of precursor and hygroscopic microbeads
通过SA与CaLS的离子交联形成中空微珠前体，Ca²⁺
浓度精确调控微珠尺寸（直径2-3 mm）。负载LiCl后，CNTs的加入使微珠具备光热响应性，SEM显示其具有多孔壳层和空心结构，比表面积显著提升。

Conclusion
该全天然复合材料兼具环境友好性与规模化生产潜力。LiCl/SA/CaLS/CNTs微珠的快速吸附-解吸循环（2.5小时完成99.9%水释放）突破了传统吸湿材料效率瓶颈；CaCl₂
/SA/CaLS微珠通过持续释放大气水分，创造了"空气灌溉"新模式。研究发表于《Journal of Cleaner Production》，为解决干旱地区水资源问题提供了材料基础与技术路径。

讨论部分强调，这种微珠的独特优势在于：1）空心结构加速水分传输；2）木质素磺酸盐的天然营养释放功能；3）CNTs增强的光热协同效应。相比传统块状水凝胶，微珠形态更利于土壤均匀分布，避免结块问题。未来可进一步优化盐分负载策略，拓展在沙漠农业中的应用场景。