热集水材料丨上海海事大学冯道伦团队CEJ论文丨真实连续高效太阳能驱动大气集水与强化热管理耦合

近日，上海海事大学海洋科学与工程学院冯道伦教授课题组在国际顶级化工期刊《Chemical Engineering Journal》上发表题为“Real-continuous and efficient solar-driven atmospheric water harvesting coupled with enhanced thermal management”（基于增强热管理的真正连续高效太阳能驱动空气取水）的学术论文。该研究设计了一种由混合被动制冷协助的增强吸湿、木质纸浆定向毛细传输与纳米激光处理钛板界面蒸发构成的真正连续空气取水系统，通过高效热管理策略大幅提升了辐射热利用效率与产水性能，为缓解全球水资源短缺和离网偏远地区淡水供应提供了重要技术途径。

第一作者：郭乐扬

通讯作者：冯道伦，杨铭

通讯单位：上海海事大学

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.182597

太阳能驱动的吸附式大气取水（SSAWH）技术能够实现分散式、离网型的淡水供应。已报道的SSAWH系统通过采用主动式组件来实现每日多次吸附-解吸循环，将产水率从0.04提升至0.3 L·m⁻²·h⁻¹，但仍不足以满足实际用水需求，且辐射热利用效率最高仅受限于50%。在此，本文设计了一种依次通过氯化锂（LiCl）吸湿液化、定向毛细传输和太阳能驱动界面蒸发运行的系统，从而实现了真正连续且被动的产水。通过结合了蒸发辐射冷却辅助吸湿和绝热毛细传输的增强型热管理，优化后的系统在1 kW·m⁻²太阳辐照下，其辐射热利用效率从最初的50.3%显著提升至80.4%。同时，在90% RH、宽辐照度（0.2–1 kW·m⁻²）条件下，优化系统实现了0.94–0.99 L·m⁻²·h⁻¹的稳定且卓越的产水率，在30% RH下仍能保持0.33 L·m⁻²·h⁻¹的产水能力。该可扩展系统在夏季（地表温度25–50 ℃）和秋季（10–40 ℃）经历显著天气波动期间进行了为期两个月的野外测试，展现出了持续的产水能力，平均淡水产率分别达到16.8 L·m⁻²·d⁻¹和12.0 L·m⁻²·d⁻¹。本文展示的系统为偏远和离网地区的大气取水提供了一种新颖且可扩展的途径。

为了缓解全球日益严峻的淡水资源短缺，大气取水作为一种灵活、非集中的供水方式备受瞩目。太阳能驱动吸附式空气取水无需低温冷凝，具有应用湿度范围广、能耗低的优势。然而，现有的多床层或转轮式系统依赖主动控制阀门进行周期性切换，不仅增加了机械能耗和维护成本，且吸湿与解吸过程中的残余热量和热滞后严重制约了传热传质效率。因此，开发一种无需外部能量输入的被动式、真正连续空气取水系统，突破周期性取水与能量利用瓶颈，是当前该领域亟待解决的核心科学问题。

通过氯化锂吸附、毛细传输与界面蒸发实现了真正连续且被动的空气取水。

蒸发辐射冷却辅助吸湿与绝热区域的协同作用实现了80.4%的辐射热利用效率。

在90% RH和30% RH条件下，强化的空气取水分别达到了0.99和0.33 L·m⁻²·h⁻¹。

为期两个月的野外测试显示了夏季（16.8 L·m⁻²·d⁻¹）和秋季（12.0 L·m⁻²·d⁻¹）的稳定产水。该系统支持比例放大和并联连接放大，体现出商业化应用潜力。

图1.系统设计和运行机制

图2.初始系统的性能评估。

图3. PAAS薄膜的混合制冷性能。

图4.增强的传输速率与隔热能力。

图5.优化后的SSAWH系统在室内的取水性能。

图6.优化后的SSAWH系统的户外取水性能。

在这项研究中，提出了一种太阳能驱动的吸附式大气取水系统，旨在消除对主动控制的依赖，从而克服低能量效率和产水量不足的问题。基于LiCl吸收、毛细传输和界面蒸发，该系统实现了真实连续且被动的取水过程。通过结合蒸发辐射冷却辅助吸湿和绝热毛细传输的增强型热管理，实现了高效的取水性能和能量效率。在1 kW·m⁻²太阳辐照、90% RH条件下，实现了0.99 L·m⁻²·h⁻¹的增强产水率和80.4%的能量效率，并且在30% RH下产水率仍达到0.33 L·m⁻²·h⁻¹。跨越两个月的夏季（16.8 L·m⁻²·d⁻¹）和秋季（12.0 L·m⁻²·d⁻¹）野外测试验证了环境适应性和放大可行性。该系统支持比例放大和并联连接放大等不同放大方法，体现了商业化应用潜力。成功的离网植物灌溉试验进一步证明了该系统为偏远海岛和干旱地区的农业提供可持续淡水的潜力。

Leyang Guo, Jingsong Feng, Shengda Xu, Yanpeng Cui, Junjie Zhang, Yang Yang, Zichuang Wang, Ming Yang, Daolun Feng, Real-continuous and efficient solar-driven atmospheric water harvesting coupled with enhanced thermal management, Chemical Engineering Journal, 549,2026,182597,

https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.182597.

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撰稿：郭乐扬

编辑：环境与能源功能材料 （阳光净水）

审核：杨铭

冯道伦，上海海事大学教授，博导，现任海洋科学与工程学院党委副书记、院长。任第三届交通部交通运输环境保护标准化委员会委员，第十七届上海九三科技专委会委员、第二届上海市节能工程技术协会理事等。主要从事：海洋环境工程教学研究工作，在船舶及海事热点污染物的监测，风险评估和治理技术、空气取水的基础及应用研究等方面取得了重要成果，主持国家重点研发计划重点专项子课题等重要课题。

杨铭：上海海事大学讲师，硕导。主要从事：海洋环境污染治理、功能纤维滤膜在海水淡化、空气取水、废水处理中的应用，以及界面蒸发器件及材料。在Adv. Mater.、Nat. Commun.、ACS Nano等期刊发表多篇论文，并有多项国家发明专利。

阳光净水课题组：主要研究方向为生物质基环境功能材料、太阳能蒸发材料、磁性吸附材料、污染物吸附和环境催化反应机理。课题组主页：

https://www.x-mol.com/groups/zhuhuayue

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