基于木质离子凝胶的同步吸附-解吸功能实现24小时连续大气水收集系统

为解决全球淡水短缺问题，研究人员开发了一种基于木质离子凝胶(WIG)的24小时连续大气水收集(SAWH)系统。该系统通过封装离子液体[EMIM][Ac]于天然木材通道中形成吸附模块，结合碳化木材(CW)的光热和焦耳热解吸功能，实现了同步吸附-解吸动态平衡。在自然条件下，该系统每日可产出47.62 g淡水，相当于2.38 Lwater msolar-2 day-1，为干旱地区水资源管理提供了创新解决方案。

　　

淡水资源短缺已成为全球性危机，特别是在干旱地区和发展中国家，严重影响着人类生活和社会发展。目前约36亿人每年至少有一个月面临缺水问题，预计到2050年这一数字将增至50亿。大气中蕴藏着约10%的淡水储量，如何高效收集这些分散的水资源成为研究热点。传统的大气水收集技术如雾收集和露水收集受限于环境条件，而基于吸附的大气水收集(SAWH)技术虽然适用湿度范围广(10-100%相对湿度)，但现有系统多采用间歇式操作模式，难以实现连续高效的水生产。

针对这一挑战，黑龙江博士后基金资助项目的研究人员创新性地开发了一种24小时连续工作的SAWH系统。该系统巧妙结合了天然木材的结构优势和离子液体的功能特性，相关成果发表在《Journal of Colloid and Interface Science》上。研究人员通过将1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM][Ac])封装到纵向木材通道中，制备出具有独特水分传输性能的木质离子凝胶(WIG)，同时利用碳化木材(CW)的光热和焦耳热特性构建解吸模块，实现了吸附与解吸过程的动态平衡和持续水生产。

研究采用了几个关键技术方法：首先通过化学处理制备去木质素木材(DW)作为基质；其次将离子液体[EMIM][Ac]封装入木材通道形成WIG；然后通过碳化处理获得具有光热和电热性能的CW；最后通过调节吸附/解吸面积比实现系统动力学平衡。研究还建立了自然条件下的性能测试平台，评估了系统在不同环境条件下的水收集效率。

在"Preparation and characterization of simultaneous sorption-desorption system"部分，研究证实WIG具有优异的水分传输性能，吸附平衡时间缩短至3小时。通过扫描电镜和红外光谱等表征手段，验证了[EMIM][Ac]在木材通道中的均匀分布和稳定存在。

"Conclusion"部分指出，这种基于WIG和CW的SAWH系统实现了24小时连续水生产，在自然条件下日产量达47.62 g，相当于2.38 L_water m_solar^-2 day^-1。系统充分利用木材的定向通道结构和离子液体的流动性，实现了水分从吸附区向解吸区的定向传输。

研究讨论强调，这项工作首次在单一吸附剂上实现了同步吸附-解吸功能，突破了传统SAWH系统间歇操作的局限。通过合理分配吸附/解吸区域面积，系统维持了稳定的解吸驱动力，避免了传统系统中因水分逐渐减少导致的性能下降。木材天然的低曲折度多孔结构不仅为离子液体提供了理想的封装基质，还大大提升了水分传输效率。

该研究的创新点主要体现在三个方面：一是将液体吸附剂的流动性与木材的通道结构优势相结合；二是通过区域划分实现吸附-解吸动态平衡；三是整合太阳能和电能双重驱动模式实现全天候工作。这种设计思路为开发高效、可持续的大气水收集系统提供了新范式，对解决干旱地区水资源短缺问题具有重要意义。

研究团队在CRediT贡献声明中指出，第一作者Feifei Pei负责了概念提出、实验设计、数据分析和论文撰写；通讯作者Jiqing Lu和Dong Wang参与了研究指导、结果分析和论文修改。这项工作得到了黑龙江博士后基金和新时代龙江优秀硕士博士学位论文等项目的支持。