上海交大ITEWA团队AS：用于吸附式空气取水的吸湿多孔聚合物

摘要：随着全球水危机日益严峻，解决缺水问题的吸附式空气取水技术（SAWH）亟待产业落地。吸湿多孔聚合物（HPP）作为新兴吸附剂，具有优越的吸附-解吸特性、宽湿度适用性、系统适用性。分析HPP的机理、结构、性能以及设计优化相应的SAWH系统，可以指导下一代空气取水系统的开发构建，进而推动该技术的市场化应用。

关键词：吸湿多孔聚合物, 吸附式空气取水, 吸附动力学, 吸附机理, 结构优化设计

吸附式空气取水（SAWH），作为解决全球水资源短缺问题的一大前景技术，针对干旱内陆地区的水供应问题具有巨大的应用潜力。吸附剂材料和整体结构共同决定了SAWH系统的工作能力。吸湿多孔聚合物（HPP）作为新一代的吸附剂材料，由于其在吸附-解吸性能、可扩展性和兼容性等方面的优势，近年来受到国内外学者的广泛关注。然而，由于对该类吸附剂的机理、性能和应用潜力等缺乏全面准确的指导，制约了其后续发展。

针对上述问题，本文从吸附机理、吸附-解吸性能和应用等方面介绍了HPP类吸附剂的最新进展。作者首先介绍了吸附式空气取水的背景、该技术在材料和系统方面的发展现状，并简要说明了HPP类吸附剂的分类、组成结构和突出优势。之后，根据吸附过程中吸附剂分子与水分子之间的不同相互作用类型，作者对HPP类吸附剂的吸附机理及相关行为进行了分类和介绍。最后，作者从其吸附和解吸性能出发，总结和分析了HPP类吸附剂的取水性能和应用潜力，其中涵盖了对平衡吸附性能、吸附动力学特性、光热转换特性、材料导热特性、吸附-解吸效率等方面的研究和讨论。

在总结分析的基础上，本文提出了针对基于HPP吸附剂的整体取水系统的优化设计策略和未来展望，以指导下一代空气取水系统的开发和推动该技术的产业化应用。核心内容包括：（1）从吸附-解吸过程出发，探讨了水蒸气被HPP类吸附剂捕捉/脱附过程中存在的四步传质阻力；并针对性地提出结构设计策略来减小气体扩散和液体渗透过程的传输阻力，以强化HPP基吸附床的传质特性。（2）从解吸-冷凝过程出发，阐明了太阳能吸收器、吸附床、冷凝收集器等各部件对系统各性能指标（光热转换效率、冷凝效率、吸附-解吸比例、解吸-冷凝比例等）的影响；进而提出各部件的结构优化和耦合设计思路，旨在最大化HPP基吸附式空气取水系统的取水能力。（3）针对基于HPP的新一代SAWH系统，作者从能源驱动类型和方式、解吸模式、HPP结构设计方法以及多效联产等方面对其发展提出了一些新的展望。

WILEY

论文信息：

Hygroscopic Porous Polymer for Sorption-Based Atmospheric Water Harvesting

Fangfang Deng, Zhihui Chen, Chenxi Wang, Chengjie Xiang, Primož Poredoš, and Ruzhu Wang*

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