全球超过50%的人面临水资源短缺的困境，由于气候变化、全球人口数量持续增长和水污染情况愈加严重等问题，这一数字还在继续增加^[1]。然而，地球上的淡水资源含量仅占总水储量的2.53%，并且绝大部分淡水资源(68.7%)存在于两极和高山地区，很难被直接利用^[2]。为了解决淡水资源匮乏地区的供水问题，近年来越来越多的研究开始着眼于非常规水资源的开发。海水淡化技术目前已经被广泛应用，但其成本较高，且仅适用于沿海地区^[3]。受限于经济和基础设施等因素，发展中国家内陆地区和农村地区几乎无法应用海水淡化技术。大气中的水蒸气分布不受地域限制，即使在沙漠地区，其含量也超过10 g/m³，大气层中储存了约14000 km³的淡水，是地球表面淡水量的10倍以上^[2]。因此，从大气中直接提取水分是缓解淡水资源短缺的新策略。

空气取水技术可分为三大类：聚雾取水法、制冷结露法和吸附/吸收法^[4]。聚雾取水法通过巨大的尼龙网捕获水分子，水分子聚合成团后在重力作用下流到收集器中。虽然成本低廉且维护费用较低，但是聚雾取水效率依赖雾的产生次数，产水量不稳定^[5]。制冷结露法的基本原理是通过将温度降低到露点温度以下，从而使水蒸气冷凝成液态水，该方法产水稳定、适用性强，然而，由于冷凝过程必须克服水的潜热(在20 ℃约为2450 kJ/kg)，致使制冷结露法的制水能耗非常高，限值了该技术的实际应用^[6]。

吸附/吸收法的原理是采用吸湿性吸附/吸收剂将空气中的水蒸气分子捕获，随后加热吸附/吸收剂，使被捕获的水蒸气重新释放出来，经过冷凝以后获得淡水^[7]。与制冷结露法相比，吸附/吸收式空气取水法大大降低了水在冷凝过程所需的能耗^[8]；另一方面，吸附/吸收法既不受空间限制，也不受时间限制，原则上可以在一年中的任何时间和任何地点使用^{[4, 9]}，具有良好的应用前景。

鉴于吸附/吸收法的取水原理，吸附/吸收剂的吸附/吸收性能对空气取水的产水效率具有重要影响^[7]。理想吸附/吸收剂应具备优异的吸附性能、快速的吸附/解吸动力学、较低的再生温度和稳定的循环使用性能^[10]。吸附/吸收剂主要分为：(1) 多孔结构材料，如硅胶和活性炭等，其捕水原理为物理吸附；(2) 吸湿盐，如CaCl₂和LiCl等，其捕水原理为吸收；(3) 新型有机空气取水材料，如金属有机框架材料和高分子聚合物等^[11]。

本文对吸附/吸收式空气取水技术近年来的研究进展进行了系统综述，介绍了吸附/吸收式空气取水技术的基本原理和主要材料类别，总结了吸附/吸收设备的材料放置结构、设备运行方式和应用场景，并对吸附/吸收式空气取水技术未来研究的发展方向进行了展望。

吸附/吸收剂的捕水原理如图1(a)所示，其通过物理或化学作用使水分子吸附或吸收在材料上^[12-13]。

图 1(Figure 1)

图 1 水分吸附/吸收机理示意图[19] Figure 1 Moisture sorption mechanisms

吸收作用是指水分子扩散到液体或固体吸收材料内部的过程，通常会使吸收材料的结构和体积发生改变。吸收材料通过化学反应和物理作用捕获水分子^[14]，化学反应速率取决于反应的化学计量数和反应物的浓度，而物理作用速率由渗透压决定。常见的水分子吸收剂是吸湿盐，如CaCl₂和LiCl等。在60%~80%相对湿度(Relation Humidity, RH)条件下，吸湿盐1 h可吸收自身重量3倍以上的水分^[15-17]。然而，吸湿盐在高湿环境下易液化成液体，存在吸附剂泄露和腐蚀吸附床等隐患。此外，吸湿盐在多次循环后可能发生团聚、产生结块等问题，导致吸水性能大幅下降^{[10, 18]}。

吸附作用是一种表面行为，与吸附材料表面的物理化学性质密切相关(图1(a))。吸附过程可被分为物理吸附和化学吸附两类^[19]。物理吸附是指吸附材料通过范德华力吸附水分子的过程，可由Brunauer, Emmett, and Teller(BET)吸附等温模型描述^[20]。物理吸附剂具备吸附热低、活化能小、吸附/解吸速率快和可逆等优点，已被广泛应用于空气除湿和空气净化领域。硅胶和活性炭是最常见的物理吸附剂，其吸附能力与材料的表面性质密切相关^[21-22]。

化学吸附是指吸附材料通过与水分子发生化学反应进行吸附，经常伴随电子转移、原子重排和化学键的改变，因此化学吸附具有活化能大和选择性吸附等特点，常用Langmuir吸附等温模型和Freundlich吸附等温模型描述^[23-24]。常用的化学吸附剂为卤盐和金属氧化物等。与物理吸附不同，化学吸附需要通过氢键、配位效应和静电相互作用等强化学键吸附水分子，涉及的能量壁垒相对较高(80~400 kJ/mol)，在没有额外能量输入的情况下通常不可逆^[25]。

值得注意的是，吸附材料的实际吸附行为通常为物理吸附和化学吸附的结合，也可能涉及到吸收过程。与理论模型相比，实际吸附材料的吸附机理相当复杂。基于对理论吸附/吸收机理的理解，可以合理优化材料的结构设计，增强吸附剂的吸附性能。

多孔结构材料主要包括硅胶和活性炭等，其捕水原理为物理吸附，是一种最常见的空气取水吸附/吸收剂。

硅胶是一种无定形(非晶态)的合成二氧化硅，其表面富含对水分子和极性有机物吸附性极强的羟基(硅烷醇基或α(OH) )，具有吸附速度快、再生温度低(150 ℃)等优点。硅胶在30 ℃、90%RH的环境下，吸附能力约为0.3 g/g^[26]。然而，微孔硅胶在较低的环境湿度下表现出较低的吸附速率，很难脱附；大孔硅胶具有较高的解吸率，但仅能吸附有限的水^{[2, 27]}。此外，硅胶热稳定性较差，在吸附大量水后，硅胶颗粒容易破碎，重复使用性较差。在硅胶中掺杂金属离子可以降低硅胶表面活性位点的吸附能，从而改善硅胶的吸附性能。Fang等^[28]通过将铝离子、钛离子和钴离子分别掺杂在硅胶中增强了硅胶的热稳定性。当钴盐质量分数为10%、铝盐质量分数为5%和钛盐质量分数为15%时，其饱和吸附量与纯硅胶相比分别增加16.98%、41.67%和28.00%。然而，金属离子的加入降低了改性硅胶的解吸效率。

活性炭孔隙率高、比表面积大，具有良好的物理吸附性能^[29]。然而，活性炭通常为弱极性或非极性物质，亲水性能较差^[2]。Spiridon等^[30]通过将CaCl₂负载在活性炭上改善活性炭的吸附性能。用质量分数为15%和30%的CaCl₂溶液制备的复合吸附剂(MCC1和MCC1*)的饱和吸水量分别为0.15 kg/kg和0.2 kg/kg，对水蒸气的初始吸附速率分别为0.027和0.033 kg/(m³·s)。由此可见，CaCl₂的负载量越高，复合材料的饱和吸附量和吸附速率越大。Entezari等^[31]制备了LiCl/活性炭纤维复合材料，在70% RH的条件下每克吸附剂可吸附2.9 g水。然而，活性炭复合吸附材料在吸水过程中还会产生盐类泄漏、表面修饰不稳定、重复使用性较差等问题^[2]。

吸湿盐是指可以吸收或吸附水分子的无机盐，如LiCl、MgCl₂和CaCl₂等^[32]。吸湿盐通过水合反应捕获水分子，可以吸附高达自身重量5~6倍的水分。然而，吸湿盐在吸附过程中会出现颗粒团聚和表面钝化等问题，降低吸湿盐的吸附性能^[17]。此外，吸湿盐解吸所需温度较高，再生难度大。Wang等^[33]设计了一种基于高浓度CaCl₂溶液(质量分数为50%)和抗盐氧化石墨烯纤维素复合气凝胶的空气取水设备，如图2所示。得益于石墨烯优异的光热转换效率，盐溶液蒸发界面的温度显著提高；同时，气凝胶有效阻隔吸湿盐的挥发，保证了设备产水稳定性。在夜晚，CaCl₂溶液通过吸附从空气中捕获水分；到白天，抗盐氧化石墨烯纤维素复合气凝胶通过界面加热效应有效利用太阳能来解吸吸附剂从而释放水分。该设备在室外70% RH下产水量可达2.89 kg/(m²·d)。值得注意的是，吸湿盐的吸湿性能严重依赖于环境的相对湿度，阻碍了其在干旱地区的取水应用。此外，吸湿盐在高湿环境下易液化成液体，存在吸附剂泄漏和腐蚀吸附床等隐患，重复使用性能较差^[18]。

图 2(Figure 2)

图 2 界面光热辅助的液态吸附剂基空气取水器[33] Figure 2 The interfacial solar-heating-assisted atmospheric water generator (AWG) based on liquid sorbent[33]

金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是一种新型功能化晶体复合材料^[4]。MOFs具备比表面积较大(7000 m²/g)、空间网络结构规则、材料结构多样和孔隙尺寸可调控性强等特点，赋予了MOFs在空气取水领域极大的应用潜力^[34-35]。MOFs多孔结构可以为水分子提供许多潜在吸附位点，其可以通过在开放的金属位点上的化学吸附、以层或簇形式的物理吸附和毛细凝聚效应吸附水分子^[36]。Kim等^[37]制备并探究了MOF-801的吸水性能(见图3)。在25 ℃、20% RH下，MOF-801吸水量可达到0.27 g/g。Hanikel等^[38]制备的MOF-303在30 ℃、20% RH下吸水量可达到0.34 g/g。Gordeeva等^[39]研究了MOFs在不同地区的适用性。在澳大利亚中部气候区，适于采用MIL-101(Cr) 、MIL-101(Cr) ESO₃H、MIL-100(Fe) 和Co₂Cl₂(BTDD) 进行空气取水应用；在沙特阿拉伯和撒哈拉沙漠等沙漠气候区，更适于应用MIL-160和CAU-10(pydc) 。MOFs的循环使用性能良好，Hanikel等^[38]采用制备的MOF-303进行吸附−解吸循环测试。结果表明，在150次吸附−解吸循环后，MOF-303的取水性能没有明显变化。然而，MOFs一般在20%~60% RH下吸水性能剧增，后续无明显增长，更适用于沙漠等中低湿环境下进行空气取水。此外，MOFs大多为粉体材料，难以在实际生产中应用。

图 3(Figure 3)

图 3 MOF-801结构示意图[37] Figure 3 Structural diagram of MOF-801[37]

高分子聚合物是指相对分子质量较大(大于10000)的聚合物，具有较高的亲水性和良好的储水性能，在液态水中的吸水能力可达自身重量的十倍以上，因而在吸附式空气取水方面极具发展前景^[40-43]。与传统多孔材料依靠表面活性基团和结构孔隙进行吸水不同，高分子聚合物的吸水不依赖微观孔隙，而是由宏观聚合物网络的性质决定^[44]；同时，与其他多孔吸附剂或吸湿盐相比，聚合物的释水潜热很小，取水能耗较低^[45]。因此，高分子聚合物很可能成为下一代高效节能的吸附式空气取水材料。目前高分子聚合物的相关研究主要集中在单一吸湿性高分子聚合物、聚合物−吸湿盐、PNIPAM类热响应性聚合物、聚合物−碳基材料和聚合物−天然材料复合物5个方面，文献报道的高分子聚合物对水分子的吸附−解吸性能如表1所示。

表 1(Table 1)

表 1 已报道的高分子聚合物对水分子的吸附-解吸性能表 Table 1 The reported water adsorption-desorption properties of high molecular polymers 聚合物类别 吸附剂 吸附能力 解吸能力 参考文献 吸附条件 (相对湿度RH) 吸附时间 吸附量 太阳辐射强度 或加热温度 最大解吸能力 或蒸发率 单一吸湿性 高分子聚合物 superhygroscopic hydrogel 90% 12 h 3.6 g/g 1 sun 3.5 g/g [46] Cu-complex 95% 6 h 3.0 g/g 1 sun 2.24 g/(g· h) [47] Co-SHM 95% 24 h 4.64 g/g 1 sun 4.50 g/g [48] Co-SHM 70% 24 h 1.19 g/g 1 sun 1.17 g/g [59] POG 90% 12 h 5.95 kg/m2 1 kW·m−2 5.52 kg/m2 [60] 聚合物−吸湿盐 PAETA-X 80% 3 h PAETA-Cl−、PAETA-Ac−、 PAETA-Ox2−和PAETA-Cit3−分别 为0.62、0.87、0.74和0.66 g/g 70℃ 100%解吸 [61] Alg-CaCl2 26% 12 h 1 g/g 82℃ 0.9 g/g [49] SWEAPS 100% 1.57 g/g 1 sun 1.26 g/g [50] PNIPAM类热 响应性聚合物 PC-MOF 90% 24 h 6.39 g/g 1 sun 6.04 g/g [54] MOF/polymer 98% − 4.4 g/g 40℃、40% RH 4.3 g/g [53] PNIPAM-cotton 96% − 3.4 g/g 34℃、96% RH 0.24 g/g [55] SMAG 90% − 6.7 g/g 0.7 kW·m−2 3.9 g/g [62] IPN 90% 1.03 g/g 40℃、90% RH 0.15 g/g [56] 聚合物−碳基材料 G-PDDA 30%、60%和90% 20 min 0.13, 0.37和1.1 g/g 1 kW·m−2 0.077 g/g [63] PGF 100% 28 h 5.2 g/g 1 sun 5.2 g/g [64] Bina/FNCT 90% − 5.6 g/g 1 sun 2.07 g/min [51] PAM-CNT-CaCl2 80% 1000 min 1.73 g/g 1 kW·m−2 1.68 g/g [15] LiCl@rGO-SA 15% 30% 12 h 1.01 g/g 1.52 g/g 0.95~1.05 kW·m−2 0.265 g/g [65] 聚合物−天然材料 复合物 NBHA 95% 3 h 2.36 g/g 1 sun 0.77 kg/(m2·h) [58] ILCA 90% 12 h 1.5 g/g 1 sun 1.5 kg/(m2·h) [66] PPSD 97% 12 h 0.87 kg/m2 1 sun 1.21 kg/(m2·h) [52]

表 1 已报道的高分子聚合物对水分子的吸附-解吸性能表 Table 1 The reported water adsorption-desorption properties of high molecular polymers

Nandakumar等^[46]通过提高聚合物表面粗糙度、构造褶皱多孔结构设计出一种无定形的锌氧化物超吸湿聚合物。该聚合物在海面上方的吸水量可达4.2 g/g，在90% RH下12 h吸水量可达3.6 g/g；同时，在自然阳光辐照下(约55℃)，15 min内解吸率达到98%。然而，单一吸湿性聚合物在高RH环境下的吸水性能好、吸水容量高^[47]，但是在中低湿度环境效果不佳。例如，Co-SHM在RH为95%时，吸水量达到4.64 g/g，但是在60% RH时吸水量仅为0.61 g/g^[48]。因此高分子聚合物往往仅适用于高湿环境(RH > 80%)^[45]。

吸湿盐具有良好的吸水性能，同时高分子聚合物也可以将吸湿盐封存在聚合物网络中，防止吸湿盐的流失，提高吸附−解吸动力学^[49-50]。因此，近年来吸湿盐常被用于提高吸湿性聚合物的集水性能^[15]。Entezari等^[51]制备了一种由两元吸湿盐(Li和Ca)、海藻酸钠(Sodium Alginate, SA)链和功能性多壁碳纳米管(Functionalized Carbon Nanotube, FCNT)组成的新型吸附剂Bina/FNCT。Bina/FNCT中吸湿盐通过离子键固载于SA表面，在90% RH下，吸水量高达5.6 g/g。由于FCNT优异的光热转化能力，Bina/FCNT可在15 min实现再生。

传统的吸附式空气取水过程中，水分子须经历吸附、蒸发和冷凝3个过程，并伴随3次相转化，大大增加了取水能耗^[52]。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)是热响应材料的一种，其在较低临界溶液温度以下分子呈现螺旋状，具备吸湿性能；一旦温度超过临界溶液温度，PNIPAM从亲水性变为疏水性，并伴随结构收缩，分子形态变为小球状，可将吸附的水分子通过挤压释放，达到“自动释水”效果^[53]。热响应性PNIPAM取水过程仅伴随一次水分子相变，避免了潜热和传导损失，因此具有更高的取水能效^[54]。Yang等^[55]通过“嫁接”的方法在棉布表面覆盖一层PNIPAM，制备出“PNIPAM-cotton”复合吸附剂。在23℃、96% RH下，PNIPAM-cotton的吸水量约为3.4 g/g；当环境温度升高到34 ℃时，吸水量仅为0.24 g/g，与棉花相似，可视为PNIPAM已经完全释水。Matsumoto等^[56]将吸湿性SA互穿到PNIPAM中合成了一种新型热响应性吸附剂IPN。IPN的性能受温度、RH影响很大，在20℃、90% RH下吸附容量为1.03 g/g；而当温度提高到30℃时，相同RH条件下其吸附能力急剧下降到0.48 g/g，这推测与PNIPAM的热响应性质有关；当温度进一步升高到40℃时，IPN可渗出总吸附水量的15%。

将聚合物与辅助光热转换材料复合，从而提高蒸汽溢出速率是提高取水效率的有效途径^[57]。Li等^[15]以聚丙烯酰胺(Polyacryl-amide, PAM)、CaCl₂和CNT为原料制备了PAM-CNT-CaCl₂复合吸附剂。复合材料中PAM-CaCl₂是主要吸水单元，CNT则提高光热转换效能，促进吸附水进行原位释放。80% RH时，PAM-CNT-CaCl₂的吸水量为1.73 g/g；在1 kW/m²太阳辐照下，PAM-CNT-CaCl₂表面温度可在25 min内升至50℃，表面温度最高可达75℃，释水比例达到97%。

天然材料具有环保、储量高和价格低廉等优势，被越来越多地用于制备吸附式空气取水材料^[58]。纳米纤维化纤维素(Nanafibrillated Cellulose, NFC)是生物质能源的一种，长径比大、机械性能强、亲水性好，是基底材料的良好选择。Wang等^[58]将LiCl颗粒附着在NFC骨架上，再在其表面覆盖一层石墨烯太阳能−热转换层，从而制备了NBHA(Nanostructured Biopolymer Hygroscopic Aerogel)复合材料。在35% RH下，3 h的吸水量为0.30 g/g；当RH提升到95% RH时，NBHA吸水量骤增至2.36 g/g。在1 kW/m²的太阳光辐照下，NBHA蒸发速率为0.77 kg/(m²·h)，蒸发效率为32%。户外实际实验中，18.1 g NBHA一天内(9:00~17:00)收水量达到6.66 g。

吸附/吸收材料可采用平铺放置、中心轴放置、褶皱放置等多种结构形式进行空气取水^{[64, 67-68]}，其优缺点对比如表2所示。

表 2(Table 2)

表 2 吸附/吸收材料放置结构对比 Table 2 A comparison of the placement structure of adsorbent/absorbent materials 材料放置结构 优点 缺点 平铺放置 运行简易、成本低廉， 无需额外的设备投入 集水效率低、 吸附剂填充量少 中心轴放置 集水效率高 制作过程复杂 褶皱放置 吸附剂填充量多、 集水效率高 材料易变形

表 2 吸附/吸收材料放置结构对比 Table 2 A comparison of the placement structure of adsorbent/absorbent materials

平铺放置是吸附/吸收材料在空气取水设备中最常用的一种结构形式，该结构运行简易、成本低廉，无需额外的设备投入。Yao等^[64]在实际应用过程中设计了一种材料平铺放置的吸附/吸收设备。如图4所示，该设备由5部分组成：盖板、支撑板、吸附材料、铜箔、集水装置。可拆卸的上下盖板用于在材料吸水/释水过程中吸收/隔绝外部空气。蛛网状的材料支撑板用于使材料和潮湿空气之间充分接触，使材料充分吸水。吸附材料平铺放置在设备中间，用于吸收/释放水分子。铜箔固定在设备底部，用于快速冷凝蒸汽转化为液态水。集水装置包括导水管和集水桶，用于收集冷凝的液态水。然而，吸附/吸收材料平铺放置结构存在集水效率低、产水成本高等问题。

图 4(Figure 4)

图 4 吸附/吸收材料平铺放置式结构示意图[64] Figure 4 Schematic diagram of adsorption/absorption material flat placement structure[64]

Talaat等^[67]设计了一种将双面翅片吸收器中心轴放置组合而成的便携式空气取水装置。如图5所示，该装置由双面翅片吸收器、双面锥形透明盖、伸缩杆和导水软管4部分组成。双面锥形翅片吸收器是一层用质量分数为30%的氯化钙溶液浸渍后的黑色薄棉布，形状为直角等边三角形(32 cm)。同时，在薄棉布中加入了细金属丝用于固定翅片吸收器的形状。双面锥形透明盖由厚度为1 mm的聚氯乙烯制成，用于在吸附材料释水时隔离内部环境和外部空气，营造出一个密闭的释水环境。伸缩杆与双面翅片吸收器和双面锥形透明盖相连，用于支撑运行过程中的设备。导水软管连接底座和量瓶，用于收集冷凝水。据测试，该设备每天每平方米能够产生0.63 kg的水，产水成本约为0.062美元/kg。

图 5(Figure 5)

图 5 吸附/吸收材料中心轴放置式结构示意图[67] Figure 5 Schematic diagram of adsorption/absorption material central shaft placement structure[67]

Wang等^[68]将设计的氯化锂和ACF(Active Carbon Felt)复合新型材料褶皱放置，制成一种波纹型吸附床。如图6所示，该吸附床由平板型吸附剂单元和波纹状吸附剂单元垂直分层放置，中间空隙是空气的流通通道。这种吸附床结构具有以下3个优点：(1) 可在吸附床中填充大量的吸附/吸收剂，提高设备的产水性能；(2) ACF吸收的热量可在吸附床中快速扩散，提高填充吸附/吸收剂的表面温度，加快材料的解吸效率；(3) 吸附床中传质通道分布均匀，减少了流动阻力，加强了系统的吸附解吸性能。

图 6(Figure 6)

图 6 吸附/吸收材料褶皱放置式结构示意图[68] Figure 6 Schematic diagram of folded placement structure of adsorption/absorption materials[68]

所有吸附/吸收式空气取水设备都具有相同的原理：首先，水蒸气被捕获在吸附/吸收剂中；然后，通过降低周围环境中水的相对蒸汽压(温度或压力变化引起)释放水；随后，产生的浓缩水蒸气被冷凝生成液态水。这种吸附/吸收式空气取水设备的集水过程可以一天一次(单循环)进行或一天几次(多循环)进行。

由于夜间温度较低、相对湿度较高，单循环空气取水设备一般在夜间吸水，白天通过太阳的热辐射加热吸附/吸收剂释水。Fathieh等^[69]研制了一种单循环空气取水设备，由吸附/吸收剂和设备外壳组成(见图7)。单循环空气取水设备的运行过程分为两部分：夜晚，打开设备外壳的上盖，使吸附/吸收剂吸附潮湿空气中的水分直至饱和；白天，闭合设备外壳的上盖，使太阳光照射在吸附/吸收剂上，加热吸附/吸收剂并使其释放夜间吸收的水分子，当释放出的水蒸气遇到设备外壳壁后开始冷凝，最终收集于外壳底部。该设备在美国亚利桑那州索诺兰沙漠中实际使用的产水率约为0.1 L/(kg·d) 。

图 7(Figure 7)

图 7 单循环空气取水设备示意图[69] Figure 7 Schematic diagram of single circulation air water intake equipment[69]

单循环空气取水设备的一个主要缺点是其生产率会受到吸附剂容量的限制。为了克服这一问题，Hanikel等^[38]研制了一种多循环空气取水设备。如图8所示，该设备由吸附/吸收剂、风机、热源和冷凝机组成(风机、热源和冷凝机均由电池供电)，可在一天中任何时间、任何环境条件下持续集水。此外，多循环空气取水设备通常需要由外部能源驱动(如电加热、蒸汽压缩、热电制冷驱动等)，收集的水量与输入能量直接相关。在实际运行测试中，该设备可以在美国加利福尼亚州莫哈韦沙漠连续工作三天，平均产水量为0.7 L/(kg·d) 。

图 8(Figure 8)

图 8 多单循环空气取水设备示意图[38] Figure 8 Schematic diagram of multiple single cycle air intake equipment[38]

除了直接收集液态水以外，吸附/吸收式空气取水设备还可用于培育生态农场。Yang等^[47]设计了一种以铜−乙醇胺超吸湿络合物(Cu-complex)为吸附/吸收剂的智能生态农场。该设备由一个配备可移动顶盖的外壳、吸附/吸收剂、植物种子、计时器、太阳能电池板、电机和轨道组成，在新加坡连续运行10天可成功培育出可食用蔬菜。Zhao等^[70]采用ACF-Co-EA材料设计了一张基于南海岛礁环境的生态农场。该生态农场仅采用基于ACF-Co-EA的空气取水技术提取的淡水灌溉植物。如图9(a)所示，生态农场由基座、顶盖和碘钨灯光源三部分组成，在模拟南海岛礁环境下可成功培育蕹菜。

图 9(Figure 9)

图 9 (a)基于ACF-Co-EA的生态农场照片。(b)不同时间拍摄的基于ACF-Co-EA的生态农场中蕹菜生长照片。(c)不同时间基于ACF-Co-EA的生态农场中蕹菜幼苗的生长高度图[70] Figure 9 (a) Photograph of the Eco-farm device based on ACF-Co-EA. (b) Photographs of growth of the ipomoea aquatica in the Eco-farm device based on ACF-Co-EA at different times. (c) Growing heights of the ipomoea aquatica in the Eco-Farm device based on ACF-Co-EA at different times[70]

吸附/吸收材料包括传统的多孔结构材料、吸湿盐和新型有机空气取水材料。目前，各类研究已在提高材料的吸附性能、拓宽材料应用范围以及减少吸水−释水所需能耗方面取得重大进展。然而，吸附/吸收材料仍存在机械性能较差和无法型材化等问题，亟待后续更加深入的研究。

吸附/吸收设备中的材料可通过平铺放置、中心轴放置、褶皱放置等多种结构形式进行空气取水应用，设备可采用一天一循环或一天多循环的运行模式运行。除了直接收集液态水以外，吸附/吸收式空气取水设备还可用于培育生态农场，为缓解地区淡水资源匮乏和食物短缺等问题提供了思路。