近期，上海交通大學制冷與低溫研究所王如竹教授領銜的ITEWA團隊在Wiley旗下的國際高水平期刊Advanced Science發表了題為“Hygroscopic Porous Polymer for Sorption-Based Atmospheric Water Harvesting”的綜述文章。該文章聚焦于目前熱點的吸附式空氣取水技術，針對新一代取水吸附劑材料——吸濕多孔聚合物（HPP），總結和分析了該類吸附劑材料的吸附機理、吸附-解吸特性和取水應用潛力。針對基于HPP類吸附劑的空氣取水系統，闡明了系統中吸附床、太陽能吸收器、冷凝收集器等各部件對系統工作能力的影響，提出了對整體系統的結構設計和耦合優化策略。最后，該文章展望了吸附式空氣取水技術未來的發展思路和方向。該工作對下一代空氣取水系統的開發構建具有重大的指導意義，對吸附式空氣取水技術的產業落地具有極大的推動作用。
吸附式空氣取水（SAWH），作為解決全球水資源短缺問題的一大前景技術，針對干旱內陸地區的水供應問題具有巨大的應用潛力。吸附劑材料和整體結構共同決定了SAWH系統的工作能力。吸濕多孔聚合物（HPP）作為新一代的吸附劑材料，由于其在吸附-解吸性能、可擴展性和兼容性等方面的優勢，近年來受到國內外學者的廣泛關注。然而，由于對該類吸附劑的機理、性能和應用潛力等缺乏全面準確的指導，制約了其后續發展。
針對上述問題，本文從吸附機理、吸附-解吸性能和應用等方面介紹了HPP類吸附劑的最新進展。作者首先介紹了吸附式空氣取水的背景、該技術在材料和系統方面的發展現狀，并簡要說明了HPP類吸附劑的分類、組成結構和突出優勢。之后，根據吸附過程中吸附劑分子與水分子之間的不同相互作用類型，作者對HPP類吸附劑的吸附機理及相關行為進行了分類和介紹。最后，作者從其吸附和解吸性能出發，總結和分析了HPP類吸附劑的取水性能和應用潛力，其中涵蓋了對平衡吸附性能、吸附動力學特性、光熱轉換特性、材料導熱特性、吸附-解吸效率等方面的研究和討論。
在總結分析的基礎上，本文提出了針對基于HPP吸附劑的整體取水系統的優化設計策略和未來展望，以指導下一代空氣取水系統的開發和推動該技術的產業化應用。核心內容包括：（1）從吸附-解吸過程出發，探討了水蒸氣被HPP類吸附劑捕捉/脫附過程中存在的四步傳質阻力；并針對性地提出結構設計策略來減小氣體擴散和液體滲透過程的傳輸阻力，以強化HPP基吸附床的傳質特性。（2）從解吸-冷凝過程出發，闡明了太陽能吸收器、吸附床、冷凝收集器等各部件對系統各性能指標（光熱轉換效率、冷凝效率、吸附-解吸比例、解吸-冷凝比例等）的影響；進而提出各部件的結構優化和耦合設計思路，旨在最大化HPP基吸附式空氣取水系統的取水能力。（3）針對基于HPP的新一代SAWH系統，作者從能源驅動類型和方式、解吸模式、HPP結構設計方法以及多效聯產等方面對其發展提出了一些新的展望。
論文信息：
Hygroscopic Porous Polymer for Sorption-Based Atmospheric Water Harvesting
Fangfang Deng, Zhihui Chen, Chenxi Wang, Chengjie Xiang, Primo? Poredo?, and Ruzhu Wang*
Advanced Science
DOI: 10.1002/advs.202204724
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202204724
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