木质离子凝胶协同碳化木材实现24小时连续大气水收集：一种高效可持续的水资源解决方案

本研究针对全球淡水短缺问题，开发了一种基于木质离子凝胶(WIG)和碳化木材(CW)的24小时连续大气水收集(SAWH)系统。通过将离子液体[EMIM][Ac]封装于木材通道构建WIG吸附模块，结合CW的光热/焦耳热解吸模块，实现同步吸附-解吸动态平衡。该系统在自然条件下日产水量达47.62 g(2.38 Lwater msolar-2 day-1)，为干旱地区水资源供给提供创新解决方案。

　　

全球正面临日益严峻的水资源危机，约36亿人每年至少有一个月面临缺水困境。在干旱地区和发展中国家，传统的水资源获取方式受地理条件限制，而大气中蕴藏着相当于地球淡水总量10%的水蒸气资源。现有的雾收集、露水收集等技术受环境湿度制约，基于吸附的大气水收集(SAWH)技术虽能适应10-100%的湿度范围，但传统固态吸附剂需要交替进行吸附-解吸操作，导致系统效率低下。如何实现连续、高效的24小时水收集，成为解决水资源短缺的关键科学问题。

黑龙江博士后基金资助项目的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表创新成果，开发出基于木质离子凝胶(WIG)的连续水收集系统。该研究通过将1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM][Ac])封装于去木质素木材通道构建WIG吸附模块，同时利用碳化木材(CW)的光热和焦耳热特性作为解吸模块，通过调节吸附/解吸面积比实现动态平衡，最终实现日产水47.62克的突破性性能。

关键技术包括：(1)通过NaClO₂/CH₃COOH溶液处理制备去木质素木材(DW)基底；(2)将[EMIM][Ac]注入DW通道构建WIG；(3)高温碳化处理制备具有光热/电热双功能的CW解吸模块；(4)系统集成与性能测试。

【材料与表征】研究显示，天然木材(NW)经去木质素处理后形成直径20-50μm的定向通道，接触角从128°降至0°，实现超亲水改性。WIG的平衡吸附时间缩短至3小时，较传统吸附剂提升67%。

【吸附-解吸协同机制】通过调控吸附/解吸面积比(最佳比例3:1)，系统实现动态平衡：吸附区[EMIM][Ac]通过氢键捕获水分，解吸区CW在1太阳光照下温度可达85℃，夜间焦耳加热达80℃，驱动水分定向传输。

【24小时性能测试】昼夜交替驱动模式下，系统水产量达2.38 L_water m_solar^-2 day^-1，较传统间歇模式提升3倍。CW的光热转换效率达92%，电热转换效率为88%。

该研究创新性地将木材的定向输水特性与离子液体的流动性相结合，突破传统SAWH系统时空分离的限制。WIG-CW系统不仅实现吸附/解吸过程的时空耦合，更通过天然木材的低曲折度孔道结构实现高效传质。研究为开发新一代全天候水收集设备提供理论依据，其模块化设计易于放大生产，在干旱地区饮用水供应、应急救灾等领域具有重要应用前景。特别值得注意的是，该系统全部采用环境友好材料，符合可持续发展理念，为解决全球水资源危机提供了"仿生设计-材料创新-系统集成"的完整技术路线。