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18
2026
-
05
Nat. Water: 3D打印沸石纳米片膜实现空气取水
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背景
在全球水资源紧缺加剧的背景下，从空气中获取水资源成为重要方向。吸附式空气取水因其不受地域与时间限制的优势，被认为是解决淡水短缺的潜在方案。然而，该技术面临一个长期瓶颈：材料性能强，但器件效率低。尽管吸附剂粉末具有较高吸水能力，但在实际应用中通常以块体或颗粒形式堆积，导致蒸汽传输路径曲折、扩散阻力大，吸附–脱附动力学显著下降，从而限制整体产水效率。因此，如何实现从“材料性能”到“器件性能”的有效转化成为关键。
创新
近日，上海交通大学李廷贤教授团队提出“分级多孔结构膜化组装策略”，通过将沸石纳米片转化为有序膜结构，实现传质路径重构。具体而言，研究将类沸石EMM-8纳米片引入热塑性聚氨酯（TPU）网络中，并结合3D打印与原位溶剂交换技术，构建出具有宏孔–微孔协同结构的混合基质膜（EMM-8@TPU）。其中，TPU形成连续的宏观多孔骨架，作为水蒸气快速传输通道；而纳米片提供微孔吸附位点，实现水分捕获。这种“分级孔道+有序通道”结构显著降低了传质阻力，使吸附–脱附过程大幅加快：在30%和70%相对湿度下，分别可在10分钟内达到80.7%和92.4%的吸附平衡，并在80 °C下10分钟内完成脱附。基于该材料，研究进一步构建了两种可规模化空气取水系统：太阳能驱动（滚轴式结构）：实现662 mL m⁻² d⁻¹产水；电驱动（层层组装模块）：产水效率达13.79 g g⁻¹ d⁻¹；展现出优异的多场景适用性与可扩展性。
意义
该工作从结构设计出发，成功打通了吸附材料从“粉末状态”到“器件应用”的关键路径，实现了空气取水效率的显著提升。相比传统随机堆积结构，这种有序膜化策略使传质路径从“曲折扩散”转变为“快速直通”，大幅提升动力学性能。更重要的是，结合3D打印技术，实现了材料结构与器件设计的协同优化，为规模化应用提供了现实可行路径。同时，该策略具有良好的通用性，可拓展至其他吸附–分离体系。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/81n_7ClvY3oNY_SykKp_BQ
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