旧CD和塑料垃圾变身“分子海绵”从空气中集水

塑料垃圾和水资源短缺通常不会出现在同一个解决方案里。但维也纳大学的研究人员在《Chem Circularity》上发表的工作表明，常见的芳香族塑料可以被化学转化为多孔网络，从而直接从空气中捕获水蒸气。原料包括聚苯乙烯包装、旧CD中的聚碳酸酯，以及乐高积木中的ABS。

原料都是熟悉的身影

材料化学家 Anastasiia Naryshkina、Paul Schweng 和 Robert Woodward 处理了四类原料：聚苯乙烯包装、废弃CD中的聚碳酸酯、乐高积木中的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），以及一个混合塑料样品。混合原料的表现对现实应用尤其重要，因为废塑料很少会预先按单一材质分好类。

交联成环，再用酸处理

芳香族聚合物含有六碳环，研究人员将其交联成三维多孔网络，本质上是一块具有大量内表面积的“分子海绵”。随后用硫酸处理，在这套结构上接枝磺酸基团。这些基团会吸引水分子，使材料即便在相对干燥的空气中也能捕获水蒸气。

这套化学过程值得注意的是实现了“反转”：原本被设计成排斥水的塑料，在分子层面被重新设计成主动寻找水。这里的“吸附”是指水分子附着在内部表面，而不是像传统海绵那样被液体浸透。

实测数据

由聚苯乙烯制成的海绵在潮湿空气中捕获了接近自身重量60%的水。在干燥、类似沙漠的条件下，同一种材料捕获了约自身重量20%的水。大部分吸附和释放发生在大约一小时内，温和加热——包括来自阳光的热量——就足以释放捕获的水以供收集。在实验室测试中，该材料经受住了多次捕获—释放循环。

循环经济的理由

把废塑料转化为功能性材料，与生产另一种低等级塑料制品属于不同类别的升级回收。如果这种方法能够规模化，它将把某些废物流转化为具有明确功能的可重复使用装置。大气集水最可信的定位是作为分散式或离网应用的补充水源，而不是替代现有的用水基础设施。

这项研究尚未确立什么

维也纳团队指出，还需要进一步研究长期性能和整体资源需求。此外还有若干未解决的问题：

• 规模：实验室报告的吸附数据并不能证明在实际规模下每天能生产多少水。
• 化学投入：在确认环境效益之前，硫酸处理需要经过生命周期评估。
• 原料差异：现实中的塑料垃圾可能携带染料、添加剂和污染物，可能影响性能或需要额外处理。
• 水质安全：该研究评估的是吸水能力，而不是水质。化学浸出和可饮用性尚未评估，需要独立测试。
• 耐久性：实验室循环结果令人鼓舞，但在真实条件下的长期性能仍然未知。

目前处在什么阶段

概念验证就是概念验证，这项科学工作对此也很坦诚。《Chem Circularity》的研究证明，几种常见芳香族塑料可以被重新设计为可重复使用的大气水吸附材料。但它并未证明这些吸附材料已经准备好在商业或基础设施规模上供应清洁饮用水。研究人员自己将长期性能和资源需求列为下一步调查方向。这个差距并不是对这项工作的否定，而只是科学目前所处的位置。