Nanoporous sponges for atmospheric water harvesting

用于大气集水的纳米多孔海绵

• 批准号: 561416-2020
• 负责人: Tavares, JasonRobert
• 金额: $ 7.08万
• 依托单位: École Polytechnique de Montréal
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Alliance Grants
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2021-01-01 至 2022-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=722004
• 关键词: Nanoporous; sponges; atmospheric; water; harvesting

Water scarcity threatens more and more people in the world - examples from various regions highlight the severity of this issue. Cape Town (South Africa) imposed stringent water restrictions in 2018 in response to shortages. Closer to home, water restrictions were put into place in Quebec in the summer of 2020, and First Nation communities have been confronted with fresh water issues for years. These examples illustrate that water scarcity is a ubiquitous issue, even in Canada, and this is exacerbated by climate change. Alternate water sources, including adsorption from the atmosphere, are needed to secure a fresh water supply. Nanoporous sponges (NPS) are new carbon-based adsorbents synthesized via the pyrolysis of low-cost materials, achieving comparable performance to metal organic framework (MOF) based systems, but at significantly lower cost. This material was developed at Polytechnique Montreal, in partnership with McGill University and Awn Nanotech, via a collaborative research endeavour started in 2017. The proposed research aims to bridge the gap between lab scale prototyping and end-user uptake by addressing key fundamental issues. Specifically, we aim to: (1) Create a roadmap for NPS synthesis scale-up and evaluate new methods for improved synthesis and functionalization; (2) Identify the key parameters impacting water capture and subsequent release through both theoretical modelling and experimental validation, and quantify energy requirements; and (3) Fabricate and test next generations of water capture prototypes based on NPS technology and benchmark them against other adsorbents, while validating water quality. This high-risk, high-reward project will first and foremost impact Canada's at-risk population - First Nation communities will be key participants in prototype evaluation, with the collaboration of community leaders and social scientists well-versed in technology uptake. Further effects will be felt in the Canadian economy, both through direct markets, but also through the creation of high-value jobs in the advanced materials sector, and the establishment of Canada as a leader in the field of water resource generation, committed to helping vulnerable communities affected by water scarcity.#(cr)#(lf)Les pénuries d'eau menacent de plus en plus de personnes. Cape Town (Afrique du Sud) a dû imposer de sévères restrictions sur la consommation d'eau en 2018 en raison de pénuries extrêmes. À l'été 2020, au Québec, des restrictions ont dû être mises en place, et les Premières Nations sont mises à l'épreuve par des problèmes d'accès à l'eau potable depuis plusieurs années. Ces exemples illustrent que le stress hydrique n'a pas de frontières et s'empire en raison des changements climatiques. Des sources d'eau alternatives, incluant l'adsorption depuis l'atmosphère, sont nécessaires afin de sécuriser nos ressources hydriques. Les éponges nanoporeuses (NPS) sont de nouveau adsorbants à base de carbone, synthétisées par pyrolyse de précurseurs économiques qui permettent d'atteindre des performances comparables aux matériaux MOF de pointe, mais à plus faible coût. Les NPS ont été développées à Polytechnique Montréal, en partenariat avec l'Université McGill et Awn Nanotech, via une collaboration entamée en 2017. Le projet proposé vise à combler l'écart entre prototype de laboratoire et mise en oeuvre auprès des utilisateurs en s'attaquant à des questions fondamentales. Spécifiquement, nous visons : (1) comprendre les paramètres affectant la mise à l'échelle du processus de synthèse de NPS et évaluer des approches pour améliorer leurs propriétés ; (2) identifier les paramètres affectant la capture d'eau et le relargage, via des modèles théoriques et une validation expérimentale, et quantifier les requis énergétiques ; et (3) fabriquer et tester de nouvelles générations de dispositifs pour la capture d'eau basés sur les NPS, tout en validant la qualité de l'eau produite. Ce projet à fort potentiel d'impact sera hautement

水资源短缺威胁着世界上越来越多的人——来自不同地区的例子凸显了这一问题的严重性。2018年，开普敦（南非）为应对水资源短缺，实施了严格的限水措施。在家门口，魁北克于2020年夏天实施了限水措施，原住民社区多年来一直面临着淡水问题。这些例子表明，水资源短缺是一个普遍存在的问题，即使在加拿大也是如此，而气候变化加剧了这一问题。为了确保淡水供应，需要替代水源，包括从大气中吸附。纳米多孔海绵（NPS）是一种通过低成本材料热解合成的新型碳基吸附剂，其性能可与金属有机骨架（MOF）体系相媲美，但成本显著降低。这种材料是由蒙特利尔理工学院与麦吉尔大学和Awn纳米技术公司合作开发的，通过2017年开始的一项合作研究。拟议的研究旨在通过解决关键的基本问题，弥合实验室规模原型和最终用户采用之间的差距。具体而言，我们的目标是：(1)创建NPS合成规模的路线图，并评估改进合成和功能化的新方法；(2)通过理论建模和实验验证，确定影响水捕获和随后释放的关键参数，并量化能量需求；(3)制造和测试基于NPS技术的下一代水捕获原型，并将其与其他吸附剂进行基准测试，同时验证水质。这个高风险、高回报的项目将首先影响到加拿大的高危人群——原住民社区将是原型评估的关键参与者，社区领导人和精通技术吸收的社会科学家将进行合作。进一步的影响将在加拿大经济中感受到，不仅通过直接市场，而且通过在先进材料部门创造高价值的就业机会，以及建立加拿大作为水资源生产领域的领导者，致力于帮助受水资源短缺影响的脆弱社区。#(c)#(f)Les pypimnuries d'eau menement de plus en plus de persones。开普敦(Afrique du Sud) du规定一下de严重限制在la consommation d 'eau en 2018 en存在极端贫困。l 'ete 2020,非盟魁北克,des限制杜米塞斯在可能的地方,还有首映式国家是米塞斯l 'epreuve par问题d 'acces威尼斯饮用从几个排。这两个例子说明了在气候变化的原因下，压力水力和边界的变化以及帝国的变化。三种替代来源，包括吸附替代来源、大气替代来源、空气替代来源、空气替代来源和空气替代来源。纳米孔膜（NPS）为新型吸附剂，合成的纳米孔膜具有较好的渗透性，吸附性能可与纳米孔膜相媲美，主要性能与纳米孔膜相当。里面的NPS高频developpees综合理工学院蒙特利尔,en partenariat用因为学校麦吉尔芒纳米技术,通过一个合作entamee en 2017。Le项目提出虎钳顶点标准差之间原型de laboratoire等要用的东西全部作品欧珀莱des utilisateurs en年代'attaquant fondamentales des的问题。(1)理解影响整个过程的所有参数，例如：从综合过程的角度出发，从综合过程的角度出发，从综合过程的角度出发，将综合过程的角度出发，将综合过程的角度出发，将综合过程的角度出发，将综合过程的角度出发，将综合过程的角度出发；(2)标识符的参数值影响捕获的数据的大小，通过标识符的参数值确定所捕获的数据的大小，通过标识符的参数值确定所捕获的数据的大小，通过量词的参数值确定所捕获的数据的大小；(3)纺织商和测试者对新获得的产品进行取样，并对新获得的产品进行取样。该项目可能会对后续处理产生潜在影响