2023年7月26-28日，Green Carbon首届编委会暨2023国际绿碳科学大会在青岛召开。Green Carbon主编、法国国家研究中心催化与光谱化学实验室主任Valentin Valtchev研究员出席并做题为“微孔材料助力从空气中获取饮用水”的主旨报告。
Valentin Valtchev研究员主持了Green Carbon首届编委会，他对所有线上、线下参会编委表达了感谢和欢迎，他表示，首届编委会的召开是大家共同努力为绿碳科学领域的开创性研究和跨学科合作铺平道路的关键一步，希望将Green Carbon建设成知识的灯塔，照亮通往更可持续和更环保的未来的道路。
在编委发言结束后，Valentin Valtchev研究员感谢参会编委提出的具有建设性和重要性的期刊发展建议；展望未来，对继续共同建设一份成功的学术期刊充满乐观。
地球是一个“水球”，表层水总量超过13亿立方千米，其中淡水总量高达3500万立方千米。我们生活和生产用水依赖于湖泊与河流，但是这类淡水资源分布极不平衡，有些地区甚至严重匮乏。联合国2023年《世界水发展报告》指出，有40亿人口每年至少一个月严重缺乏饮水，超过全球总人口的一半；有20亿人口居住在没有可靠供水体系的地区。联合国把“洁净水源和卫生”问题列为第六大可持续发展目标，并警告这是当前一个严重失控的问题。
Valentin Valtchev研究员通过介绍借助微孔材料从空气中获取饮用水的研究工作，为解决全球淡水危机提供了新的思路。
微孔材料助力从空气中获取饮用水
Valtchev研究员指出，地表空气中的水含量约12900立方千米，占地表淡水总量的0.04%。在湖泊与河流无法达到的地方，干燥的空气中仍含有水。如果能够开发简便经济的方法从空气中取得淡水，则有助于解决干旱地区生活与生产用水的问题。Valtchev研究员讲述到，早在1900年人们就已经开始尝试这一可能，迄今大约有13000万亿升淡水来自各种空气取水设施。但是空气取水的价格高达每立方米150美元，远非干旱地区民众所能承受。
Valtchev研究员将现有的空气取水技术分为三大类：
• 被动冷凝法，是指建立相关设施收集露水或对雾气进行冷凝。这类方法只适用于空气湿度大的地区。尽管设施简单，但需要进行大面积安装，基础设施投资极其昂贵，且集水效率低。
• 利用吸水剂，是先将吸水剂与空气接触，等待吸满之后再用热源再生吸水剂，同时收集并冷却蒸气。这类方法取水效率高，能量利用率尚可，可用于干燥空气取水，但吸水剂再生所需能量偏高。
• 主动冷确法，是将空气流过一个冷却空间促使其中的水蒸气冷凝。这类方法取水效率高，但是能耗也极高。
利用微孔材料对水分子进行吸附-脱附循环是一种有望解决上述问题的方法。微孔材料在非常低的水分压下即可达到吸附饱和，因而可以用于“干燥”空气取水。但形成真正可行的技术尚需满足几个条件：饱和吸附量足够高、脱附能耗足够低、材料循环寿命足够长、材料及其生产无毒无害、且材料廉价易得。
Valtchev研究员对三类13种有潜力的微孔材料的相关水吸附性能进行了测试，并以上述条件参数为标尺进行了第一手数据的直接比较。
第一类5种分子筛。分子筛对水分子的吸附能力极强，每克分子筛吸附容量超过0.3克水，而且在<0.02水分压下40分钟内达到吸附饱和。即使是从撒哈拉沙漠的干燥空气中，也能快速吸出水份。但这同时也意味着，将吸饱的水从分子筛中取出极为不易，如果用加热的办法需要300度以上，能耗偏高。分子筛是硅铝酸盐晶体，几乎具有无限的循环寿命，并且廉价无毒。
第二类3种热门的MOF材料。饱和吸附容量在0.3-0.4克/克之间，吸附趋于饱和的分压范围较宽，在0.02到0.40分压范围表现为S形曲线，能够从较为干燥的空气中吸水，脱附温度64-80度，与分子筛相比大幅度降低了能耗。吸附速率表现不佳，最短60分钟，最长120分钟才趋向吸附平衡。MOF材料循环寿命有限，在测试中最短的1次脱附就已经结构坍塌，最长也只能达到4000次循环后保持约三分之二的容量。MOF价格昂贵，并且难以实现绿色生产。
第三类4种磷铝和硅磷铝分子筛材料。兼具分子筛和MOF的优点，避免了不足。特别是其中的AlPO-18表现尤为突出。AlPO-18的饱和吸附容量达到0.4克/克。吸附等温线属于第IV类，即在0.1分压下陡然趋向饱和，可在干燥空气中取水；并且脱附仅需50度，能耗远远低于分子筛，甚至低于MOF。AlPO-18与分子筛一样具有几乎无限的循环寿命，在测试中经过4000次循环其饱和吸附量没有可见的损耗。AlPO-18价格低廉，安全无毒。
Valtchev播放了基于AlPO-18材料的10升连续实验装置的工作视频。诺曼底夏季的干燥空气流过该装置，洁净的蒸馏水以每秒1滴的频率流出，生动展示了AlPO磷铝分子筛材料用于干燥空气取得清洁淡水的技术可行性。
Valentin Valtchev 研究员
Valentin Valtchev，法国国家研究中心卡昂催化与光谱化学实验室DR1主任研究员，中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员。2016-2019年曾任国际分子筛学会主席，2022年起担任该学会大使。他的专业领域是分子筛晶体工程学，是纳米分子筛学科的开创者。在Science等期刊发表学术论文近300篇，引用逾7000次。获得欧洲分子筛联盟首届Cronstedt奖、国际分子筛学会Breck奖、法国国家化学奖等。
原文链接
Valentin Valtchev研究员与Green Carbon | 微孔材料助力从空气中获取饮用水
Green Carbon
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