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-各区域的例子突出表明了这一问题的严重性。开普敦（南非）在2018年实施了严格的用水限制，以应对短缺。在离家更近的地方，魁北克于2020年夏天实施了水限制，第一民族社区多年来一直面临淡水问题。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，这是加剧了气候变化。需要替代水源，包括从大气中吸收，以确保淡水供应。纳米多孔海绵（NPS）是通过低成本材料的热解合成的新型碳基吸附剂，其性能与基于金属有机框架（MOF）的系统相当，但成本显着降低。这种材料是在蒙特利尔理工学院与麦吉尔大学和Awn Nanotech合作开发的，通过2017年开始的合作研究工作。拟议的研究旨在通过解决关键的基本问题，弥合实验室规模的原型设计和最终用户之间的差距差距。具体而言，我们的目标是：（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，并量化能源需求;以及（3）基于吸附剂技术制造和测试下一代水捕获原型，并将其与其他吸附剂进行基准测试，同时验证水质。这一高风险、高回报的项目将首先影响加拿大的风险人口-原住民社区将在社区领袖和精通技术吸收的社会科学家的合作下，成为原型评估的主要参与者。加拿大经济将受到进一步的影响，既通过直接市场，也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，致力于帮助受缺水影响的弱势社区。(cr)#（lf）Les pénuries d'eau menstrued de plus en plus de personnes.开普敦（南非洲）在2018年因特殊原因对饮用水进行了严格的限制。到2020年，Au Québec，des restrictions ont détre mises en place，et les Premières Nations sont mises à l'épreuve par des problèmes d'accès à l'east pousieurs plusieurs années。这些都说明了气候变化对边境和帝国的压力。替代水源，包括大气中的吸附，必须确保氢源的安全。纳米多孔材料是碳基新型吸附剂，是一种通过热解获得的经济型吸附剂，其性能可与尖端MOF材料相媲美，但迈斯的性能更差。Les campaign été décampées à Polytechnique Montréal，en partenadévec l'Université麦吉尔et Awn Nanotech，via une collaboration entamée en 2017.该项目建议将实验室原型和使用后的产品结合起来，以解决基本问题。具体点，我们看到了：（2）通过理论模型和实验验证确定影响水捕获和放大的参数，并量化能量要求;（3）新一代处理剂的制造和测试，用于在水的基础上捕获水，同时验证水产品的质量。该项目具有提高其影响力的潜力