Rapid Cycling and Exceptional Yield in a Metal-Organic Framework Water Harvester

雨水收集 吸附 缺水 干旱 吸附剂 环境科学 湿度 化学 吸附 水资源 气象学 生态学 生物 物理 有机化学
作者
Nikita Hanikel,Mathieu S. Prévot,Farhad Fathieh,Eugene A. Kapustin,Hao Lyu,Haoze Wang,Nicolas J. Diercks,T. Grant Glover,Omar M. Yaghi
出处
期刊:ACS central science [American Chemical Society]
卷期号:5 (10): 1699-1706 被引量:456
标识
DOI:10.1021/acscentsci.9b00745
摘要

Sorbent-assisted water harvesting from air represents an attractive way to address water scarcity in arid climates. Hitherto, sorbents developed for this technology have exclusively been designed to perform one water harvesting cycle (WHC) per day, but the productivities attained with this approach cannot reasonably meet the rising demand for drinking water. This work shows that a microporous aluminum-based metal-organic framework, MOF-303, can perform an adsorption-desorption cycle within minutes under a mild temperature swing, which opens the way for high-productivity water harvesting through rapid, continuous WHCs. Additionally, the favorable dynamic water sorption properties of MOF-303 allow it to outperform other commercial sorbents displaying excellent steady-state characteristics under similar experimental conditions. Finally, these findings are implemented in a new water harvester capable of generating 1.3 L kgMOF-1 day-1 in an indoor arid environment (32% relative humidity, 27 °C) and 0.7 L kgMOF-1 day-1 in the Mojave Desert (in conditions as extreme as 10% RH, 27 °C), representing an improvement by 1 order of magnitude over previously reported devices. This study demonstrates that creating sorbents capable of rapid water sorption dynamics, rather than merely focusing on high water capacities, is crucial to reach water production on a scale matching human consumption.
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