瑞士教授开发出针对雾气水源的高效净水装置

淡水是所有生命存活必不可少的资源。作为地球上数量最多，同时也是分布最广泛的生物，人类对于水资源的需求正随着我们社会生产活动及生活质量的提高而与日俱增。然而，世界范围内人口的增长正令淡水资源变得愈加珍贵。由于自然条件或历史发展的限制，部分国家的民众在能否获取淡水资源这一问题上面临着困难和挑战。目前无论是水资源的分布还是社会充分利用淡水的能力都体现着明显的不均衡：大部分的发达与中高收入国家坐落于自然环境相对优越的中高纬度地区，同时还掌握着开发与储蓄水源的技术；联合国最不发达国家（LDCs）名单内则涵盖了不少地处热带、频繁遭遇极端干旱天气，却无力为其国民提供稳定生活用水的发展中国家。此外，工农业生产过程中排放的附加污染也令地表水资源的利用安全性变得异常复杂。在这样一个严峻的现实下，人类必须积极寻找解决思路并尽可能地付诸实践。来自苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的教授们于2023年8月在《自然》（Nature）期刊上发表了一篇关于如何收集潮湿空气中的水分的文章，并介绍了该团队初步设计的水质净化装置，引起了学术界的广泛关注。

图源：Ecofriend

事实上，从雾气中获取日常生活用水并不是一件新奇的事：在南美洲秘鲁、玻利维亚以及智利等海拔较高且受暖湿气流影响大的国家，不少当地人会将自制的网格放置在相对较高的区域（如屋顶、山坡）以收集液态水，经过简单的过滤之后，人们会将这些水用于清洗衣物或者做饭等。理想情况下，当地居民可以用占地仅几平方米的网格收集到数百滴水，这对于地表河流数量相对匮乏而经常被雾气笼罩的地区来讲是绝好的消息。

但与此同时，全球范围内空气质量的下降也给这样的尝试带来了新的难题。假若雾气中的水分被过量的悬浮颗粒或有害气体所渗透，那么后续在回收利用这些水源时，这些物质极有可能危害个人健康，因此在现有技术基础上，这所欧洲院校教授们所设计的装置内的水质净化功能便显得十分必要。教授们用特制的高分子聚合物与二氧化钛（titanium dioxide）等材料覆盖于该装置的金属网格表面，这一层物质可以使收集到的水滴在强风环境下尽快地渗入下方的容器内，而网格上的二氧化钛则会起到化学催化剂的作用，诱发针对雾气水分中有机污染物的分解反应，令这些污染物在进入蓄水区前得以消解。鉴于该装置严谨的设计理念，一位名为里威克·戈什（Ritwick Ghosh）的教授对于其应用效益十分自信：“我们的装置不仅能高效地收集雾气水分，同时还对其进行仔细处理，这意味着这一净水装置将可以在高人口密度等大气污染严重的区域内使用。”

里威克·戈什 图源：ritwickghosh.com

该装置的高效同样也体现在耐用性层面。在成功安装后，居民几乎不需要对其进行额外的养护，而为了确保二氧化钛在24小时内可以顺利地扮演催化剂的角色，装置仅需要接触半小时左右的阳光紫外线，既环保又节能。同时，为了防止恶劣阴雨天气持续时间过长可能给装置效能带来的不确定性，科学家们还为其设置了催化效应的模仿记忆功能，令其可以在阳光缺失的时段仍可相对正常地运作一段时间。

目前该装置仍处于试验阶段，而结果也令人振奋：在人工模拟的雾气环境下，装置可以捕获其中8%的水汽，同时还成功地分离了其中98%的有机污染物，因此科学家也对其未来在现实中的有效运用寄予了很高的期待，这其中就包括了来自美国的托马斯·朔齐斯（Thomas Schutzius）。他解释道：“除了为居民收集生活用水，该装置还可用以减少工厂排放口冷却蒸汽逃逸的几率。在美国，我们通常需用大量的水去冷却燃料装置，而这将导致许多水在接触高温后以蒸汽的形式回到自然中。为了确保这些蒸汽内不含有过量的有毒化学物质，我们应该对其进行收集并充分净化，所以我认为这项发明意义非凡，它定会在未来的市场备受青睐。”

参考文献：

1. Ritwick Ghosh, Adrien Baut, Giorgio Belleri, Michael Kappl, Hans-Jürgen Butt, Thomas M. Schutzius. Photocatalytically reactive surfaces for simultaneous water harvesting and treatment. Nature Sustainability, 2023; DOI: 10.1038/s41893-023-01159-9

2. https://www.sciencedaily.com/releases/2023/08/230816114231.htm

编译：谭牧遥

审核：Samantha

编辑：Tommy