不受气候和地理位置限制，吸附式空气取水技术借助对水分子具有高亲和力的固体吸附材料，直接从空气中捕获水分子，并利用诸如太阳能等低品位能源作为驱动能源而不需要集中供电，有望作为分布式取水技术获得淡水水源，从而缓解全球水资源危机。
为实现全天候、全地理位置高效节能取水，开展“先进吸附材料－传热传质优化－系统高效耦合运行”的体系化研究路线至关重要。在高原特色农业太阳能多元化利用创新团队负责人李明教授的带领下，成员余琼粉教授、张莹博士和研究生们共同开展了该方面的深入研究，一年内在该领域连续发表了三篇高水平学术论文，云南师范大学为唯一研究单位。
在先进吸附材料和传热传质优化方面，从优化功能性组分、协同调控吸附－解吸性能和增强动力学特性三方面入手，优化设计并制备了一种可实现宽湿度范围的快速吸湿和自然阳光下高效光热蒸发的天然复合吸湿水凝胶吸附剂，探究了不同环境工况和吸附剂尺寸效应对吸附－解吸性能的影响规律，构建了小型太阳能驱动主动式空气取水实验装置，即使在可控低湿环境（30% RH）下，日循环产水量可达1.33 Lžkg-1žday-1，验证了该凝胶在低湿和高湿环境下进行连续式多循环取水应用的可行性。该项研究成果于2024年3月7日发表在《Nano Energy》期刊（一区TOP期刊，IF=16.8）上，全文链接： https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.109471，硕士研究生朱蓉为论文第一作者，余琼粉教授和张莹博士为共同通讯作者，材料合成过程和相关性能验证如下图所示。
不受限于太阳辐照的非稳态间歇性特征，基于吸附和原位电热再生原理（变电吸附）的全天候吸附式空气取水是解决全球水资源短缺问题的一种前瞻性策略，研究中通过等体积浸渍防止盐泄漏策略制备了盐基活性碳纤维材料用于实现局部环境中的水蒸气捕获释放。研究表明，吸附材料在施加电压时表现出焦耳热，在2～6分钟内完成水蒸气的快速释放，释放吸附水的速度是外部驱动热解吸（变温吸附）的三倍，该方法为各种天气条件下的水蒸气捕获提供了一种节能策略，使其成为缓解清洁水稀缺的可行解决方案。同时该研究还首创性地揭示了盐存在条件下原位电热再生潜在的化学腐蚀机理，指出未来应该在减轻电化学腐蚀方面寻求可靠的解决方案，该研究成果于2024年5月15日发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》期刊（二区TOP期刊，IF=7.4）上，全文链接：https://doi.org/10.1016/j.jece.2024.113070，硕士研究生朱蓉和黄耀炜为共同第一作者，余琼粉教授和张莹博士为共同通讯作者，研究工作图形摘要如下图所示。
吸附式空气取水技术的大规模应用，面临着吸附材料合成困难且成本高、冷凝效率低、取水比能耗高的问题。鉴于此，团队成员创新性设计并优化了一种扩大规模的变电吸附协同半导体制冷冷凝的空气取水系统，以价格低廉且具有导电性的活性碳纤维毡作为吸附剂并巧妙设计成垂直排列的吸附床结构，将吸附剂填充量提升至公斤级，填补了从实验室研究到扩大规模应用的空白，借助单因素和响应面法实验手段优化了关键性控制参数（输入功率、内循环风速和冷凝温度）。研究结果表明，在25 °C、90% RH条件下吸附6 h（不通电）、同时解吸和半导体制冷冷凝2.5 h（通电）后，实现了90.6%的解吸率和93.8%的集水率，单次运行即可收集到364.5 g淡水，热效率为31.4%，比能耗仅为4.64 kW·h /kg。变电吸附协同半导体制冷冷凝所需电能可完全由太阳电池组件发电+蓄电池储电提供，与传统变温吸附再生相比，易于与太阳能资源匹配且具有良好的气候适应性和快速高效等优点，可完全适用于军事、灾后、地域限制等特殊分布式供水场景。该项研究成果于2025年1月6日发表在《Energy Conversion and Management》期刊（一区TOP期刊，IF=9.9）上，全文链接：https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.119469，硕士研究生李胤凝和蒋芬为共同第一作者，余琼粉教授为通讯作者，研究工作图形摘要如下所示。
上述研究工作依托于云南省太阳能供热与制冷重点实验室和高原特色农业太阳能多元化利用创新团队，在国家自然科学基金（21965040），云南省应用基础研究计划（202401AT070109）、云南省教育厅基金研究生项目（2023Y0525）和云南师范大学研究生基金（YJSJJ23-B158，YJSJJ23-B159）的共同支持下完成。
（云南师范大学能源与环境科学学院余琼粉 供稿）
