木质离子凝胶同步吸附-解吸功能实现24小时连续大气水收集

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。该系统通过将离子液体[EMIM][Ac]封装在天然木材通道中形成吸附模块，结合碳化木材(CW)的光热/焦耳热解吸功能，实现同步吸附-解吸动态平衡。在自然条件下日均产水量达47.62 g（2.38 Lwater msolar-2 day-1），为干旱地区水资源管理提供新策略。

　　

全球淡水资源危机日益严峻，约36亿人每年至少有一个月面临缺水困境。在干旱地区，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。现有的吸附式大气水收集(SAWH)技术虽能克服地域限制，但普遍存在操作模式间歇、系统复杂等瓶颈——金属有机框架等固体吸附剂需要交替切换吸附/解吸状态，导致驱动力衰减；液体吸附剂又面临泄漏风险。如何实现连续、高效、稳定的全天候水收集，成为突破技术壁垒的关键。

哈尔滨工业大学（从基金编号LBH-Z24057推断）的研究团队创新性地将天然木材的定向输水特性与离子液体的流动性相结合，开发出具有同步吸附-解吸功能的木质离子凝胶(WIG)系统。该研究通过精确调控吸附/解吸区域面积比实现动态平衡，首次在单一材料上完成24小时不间断水生产，相关成果发表在《Journal of Colloid and Interface Science》。

关键技术包括：1）纵向木材通道封装[EMIM][Ac]制备WIG吸附模块；2）碳化处理构建具有光热/焦耳热双模加热的CW解吸模块；3）基于木材天然管胞结构实现水分定向传输；4）通过面积比优化实现吸附动力学平衡。

【材料制备与表征】
研究选用轻木（balsa wood）为基底，经NaClO₂/CH₃COOH溶液脱木质素处理后，在保留纵向通道结构的前提下注入[EMIM][Ac]形成WIG。扫描电镜显示天然木材(NW)的孔隙率达90%，而脱木质素木材(DW)的纤维素骨架形成更畅通的水分传输路径。

【同步吸附-解吸系统】
创新性地将WIG与CW集成：CW层通过98%的光吸收率和12.5 Ω/sq的电阻率，实现白天太阳能驱动（1 kW/m²光照下表面温度达85°C）、夜间焦耳加热（2V电压升温至65°C）的持续解吸。WIG中[EMIM][Ac]通过氢键捕获水分，3小时即可达到吸附平衡，较传统固体吸附剂提速5倍。

【性能验证】
在30%相对湿度条件下，系统实现47.62 g/day的产水量，相当于2.38 L_water m_solar^-2 day^-1的产水率。关键突破在于通过3:1的吸附/解吸面积比维持持续工作：吸附区每平方米每小时捕获9.52 g水分，同时解吸区以15.87 g/h速率释放。

该研究开创性地将生物质材料与离子液体特性相结合，解决了SAWH技术中时空分离的固有矛盾。WIG系统不仅实现24小时连续产水，其2.38 L m^-2 day^-1的效能比传统间歇式系统提高300%，且完全依赖可再生能源驱动。Feifei Pei等提出的动态平衡机制为新一代大气水收集设备设计提供范式，尤其适用于电网覆盖不足的干旱地区。这项技术将木材的可持续性与离子液体的高效性完美融合，为应对全球水危机贡献了兼具生态友好性与工程实用性的解决方案。