Capturing of atmospheric water in arid areas by iron hygroscopic hydrogel for agricultural automation
Year: 2024
Type: article
Abstract: 针对沙漠、高原等降水稀少的极端天气, 农业发展深受环境制约. 然而, 科学利用空气水与太阳能, 能够有效缓解农作物产量不足的问题. 本文通过Fe 3d电子空轨道与N、O孤电子对配位, 形成吸水活性位点, 从而构建吸湿凝胶, 快速捕获空气水分子. 实验发现, 在15℃和60%相对湿度下, 凝胶可以捕获自身重量1.16倍的水分子, 且在40℃实现全脱水, 能够稳定工作>60次吸附/解吸循环. 高湿度环境下, 凝胶的空气水捕获容量达3.5 g/g, 证明了通过配位反应制备的凝胶能够快速捕获空气中的水分子, 吸水效率远大于商业干燥剂, 如硅胶与氯化钙. 利用凝胶收集空气水, 其液态水中各离子浓度达WHO饮用水标准, 证明利用凝胶捕获的空气水可用于农业灌溉. 利用吸湿凝胶设计农业自动补水装置, 结合温度传感器、湿度传感器和光敏传感器对棚内环境进行实时监测, 从而自动化控制棚内植物生长的环境. 实验结果表明, 利用凝胶能够将棚内的相对湿度从55%提升至88%, 从而达到豌豆种子正常生长的环境, 在干旱地区通过空气水自动灌溉后, 豌豆苗持续生长>30 cm.
DOI: 10.1360/tb-2024-0984
Authors: Yuli Xiong, Hong Liu, Chuanyu Li, Yujie Du, Yongliang Zheng, Lin Yang
Language: English
Field: Energy
Domain: Physical Sciences
SDG: Zero hunger
Open Access status: bronze
OpenAlex ID: W4404941165