可製成天然容器吸收自身10倍水分並儲存創新含鹽凝膠提高乾旱區集水效率

THE MERIT TIMES

編譯／韋士塔 2023-07-15

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透明的橡膠狀水凝膠，可儲存水分。圖／法新社、網路

吸水力超強的水凝膠，可望在乾旱地區儲存及提供用水。圖／法新社、網路

含鹽水凝膠，能從空氣中吸收水分。圖／法新社、網路

編譯／韋士塔

地球暖化造成極端乾旱及高溫，水資源議題備受關注；麻省理工學院（MIT）的工程師近來開發一種吸水力超強的創新含鹽水凝膠（hydrogel）材料，即使在沙漠般的乾燥環境，也能從空氣吸收大量水分，可能成為儲存及供應用水的解決方案之一。

研究團隊指出，這種透明的橡膠狀材料，是一種天然的吸收性材料，常被用於拋棄式尿布。研究人員在水凝膠裡加入氯化鋰（lithium chloride），這種鹽是典型的離子化合物，也是強效乾燥劑，能吸收比自身質量多10倍的水分。

測試顯示，加入氯化鋰後，這種含鹽水凝膠在各種溼度環境，都能吸收大量水分，即使在極為乾燥、相對溼度僅30%的環境，也能吸收空氣中的水蒸氣，且能保持水分不外洩。此外，含鹽水凝膠吸水後會膨脹，產生更大的空間持續吸收水分。

參與這項研究的MIT機械工程研究生馬林（Carlos Diaz Marin）表示，水凝膠由天然或人工的交織纖維（interlaced fibers）形成可容納水分的容器，且具有延展性，非常適合儲存水分。

馬林指出，科學家曾嘗試把水凝膠與各種鹽混合。某些種類的鹽在吸收水分（包括水蒸氣）的表現非常有效率，例如：用於融化冰的岩鹽。吸水力最佳的則是氯化鋰，但過去面臨的問題是，氯化鋰只能從空氣中吸收並聚集水分，無法真正儲存水分；此外，注入氯化鋰的手續往往過於繁瑣耗時。

早先研究人員把水凝膠浸泡在鹽水，等待鹽滲入水凝膠，通常只持續24~48小時。MIT的研究團隊則把聚丙烯醯胺水凝膠（hydrogel polyacrylamide）浸泡氯化鋰溶液中30天，把能夠注入水凝膠的鹽量提升到極限。如此一來，每公克含鹽水凝膠在相對溼度為30%的環境，能吸收約1.5克水蒸氣。

研究團隊成員葛瑞伯（Gustav Graeber）解釋，水凝膠可儲存大量的水，鹽可捕獲大量的水蒸氣，兩者結合非常合乎邏輯；除了儲存及提取飲用水，含鹽水凝膠的低成本、高吸水力特性，或許也能應用在空調設備，當成節能的除溼零件。

馬林表示，研究人員過去一直未考慮含鹽水凝膠的應用領域，而是聚焦於材料的基本特性，現在他們正在探索創新材料的各種應用方式，如果能快速、大規模生產這種含鹽水凝膠，便可把這種材料製作成被動式集水裝置（passive water harvester），即使在沙漠或極度乾燥的地區，也能使用這種水凝膠吸取水分後進行加熱、冷凝，提取最純淨的飲用水。若運作順利，這項創新材料每天可回收24次水，並持續吸收空氣中的水分，對於面臨乾旱的地區而言意義重大，也可在水汙染問題嚴重地區提供乾淨的飲用水。

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