CN112739875B - 有源大气水分收集器 - Google Patents

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Abstract

本文提供的是大气水分收集器系统，其包括两个具有水捕获材料如金属‑有机骨架(MOF)的床、加热器、两个风扇以及具有两侧的冷凝器，其可操作地被配置为吸附模式和解吸附模式，其中MOF床是可互换的，以在解吸附模式和水吸附模式之间循环。所述系统还可包括驱动风扇和冷凝器的光伏面板。

Description

有源大气水分收集器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年8月14日提交的第62/718,895号美国临时专利申请的优先权，其通过引用整体并入本文。
领域
本公开内容一般地涉及水收集，并且更具体地涉及使用两个协同操作以将周围空气转化成液态水的水分吸附单元的用于水收集的系统和方法。
背景
随着全球人口持续增长和地球平均温度不断升高，水短缺预计将会恶化，导致到2025年，在获取水资源和相关的水服务方面的重大挑战1。在过去几年里，已经实施了若干构思和行动框架，优先考虑积极的政策(如扩大设施、新的水价政策)和开发创新技术(如淡化、从雾中的水收集)以应对水危机2-5。然而，尚未开发和实施可靠的水生产技术，特别是对于干燥的地区，以解决未来的水短缺。
目前用于从潮湿的空气5-8和雾2-4中结露水的技术需要经常出现100％相对湿度(RH)或大量能量输入，这阻碍它们在大多数地方的应用，并阻碍在沙漠环境中的使用9。
已经开发了基于MOF的包含MOF-801吸附剂的无源大气水分收集器10。这种完全无源的装置(即没有所需的能量输入)每天每千克吸附剂可产生约0.1升的液态水。
因此，本领域中需要的是能够可靠地操作的水收集器，包括在干燥的地区中。此外，需要的是能够以较高的体积，优选地以低能量输入产生液体的水收集器。
简述
在一些方面，本文公开的发明涉及有源大气水分收集器，其可以使用水捕获材料如金属-有机骨架(MOF)从干旱的空气中产生水。
在一些变型中，即使在干旱的条件下(例如，<30％RH)，有源大气水分收集器依靠高效的MOF吸附剂可逆地从大气中吸附水和释放水。此外，本文所述的有源大气水分收集器需要仅很少的能量输入，例如每千克水捕获材料大约100-200Wh，这可以容易地通过光伏电力提供，因为干旱的环境通常也经历高的太阳光强度，或者由任何低等级能源提供。此外，本文公开的有源大气水分收集器每天每千克吸附剂(或水捕获材料)可产生＞1升的液态水体积。
本文提供通过连续的吸附-解吸附循环以从干旱(通常相对湿度<30％)的空气中提取和冷凝水的方法、装置和系统。一方面，提供一种太阳能驱动的独立式装置，其包括高度多孔且水稳定的金属-有机骨架(MOF)床，作为合适的水捕获材料的一个实例。
MOF吸附剂表现出目前商品材料中未发现的优点的组合：i)高水吸收能力，ii)在低RH(<20％RH)下急剧的水吸收，iii)高循环性能和稳定性。例如，尽管微孔沸石在非常低的RH下会表现出急剧的吸收，但由于吸附的水与多孔材料之间非常强的相互作用，它们的可回收性是高度能量密集的。相比之下，MOF呈现出高的结构和化学可调性，允许目前商品吸附剂无法实现的定制的水吸附性质。
MOF可以选择性地和可逆地从空气中吸附水，其中吸附和解吸附之间的循环容易受到温度波动的影响—这是目前商品吸附剂材料无法实现的。为了允许快速的温度和湿度波动，在一些实施方案中，有源大气水分收集器还涉及加热元件(例如，太阳能加热器或电阻)以及风扇和有源冷却器单元，它们都可以由光伏模块、发电机或电力设施线路驱动。MOF被分为两个床，允许一个床中释放水，而另一个床则吸附水。这确保了吸附剂的快速循环，并允许本发明从干旱的空气中产生较大体积的液态水，例如每天每千克MOF超过1L的液态水。
在一些变型中，大气水分收集器由光伏模块驱动，并且包括从所述模块吸进能量的有源电子组件(风扇、热电冷却器)。在其他变型中，大气水分收集器包括有源电子组件(风扇、冷却/冷凝单元)。在某些变型中，大气水分收集器包括太阳能预热器以加热和干燥用于解吸附循环的空气，并且可以一天循环多次。取决于系统的位置处的大气条件，在一些变型中，太阳能加热器可以由电阻元件代替，所述电阻元件可以由光伏模块驱动，以产生更有效的解吸附循环。在某些变型中，所述系统每天每千克MOF吸附剂可产生超过1L的水(相比之下，之前的版本为约0.15L)。
在某些方面，提供一种大气水分收集器系统，其包括两个金属-有机骨架(MOF)床、加热器、两个风扇和具有两侧的冷凝器，其可操作地被配置为：(a)吸附模式，其中环境空气由风扇之一通过MOF床之一吹到冷凝器的一侧，其中MOF从环境空气中吸附水以形成干燥的空气；(b)解吸附模式，其中热空气由另一个风扇通过另一个MOF床吹到冷凝器的另一侧，其中加热器加热空气，加热的干燥的空气从MOF中解吸附水，并且加湿的空气在冷凝器处释放水；并且其中所述MOF床是可互换的以在解吸附和水吸附模式之间循环。在前述的一些实施方案中，大气水分收集器系统还包括光伏面板，其驱动风扇和冷凝器。
吸附模式是其中水捕获材料从周围空气吸附水分的模式。解吸附模式是从至少部分饱和的水捕获材料释放水蒸气的模式。应当理解，术语“解吸附”在本文中也可以称为“再生”。
在某些实施方案中：
-加热器是太阳能加热器或电加热器，并且在某些变型中，由光伏面板驱动，并且在一个变型中，由驱动风扇的同一面板驱动；
-环境空气为30-40℃；
-加热的空气为80-90℃；
-干燥的空气的相对湿度<10％；
-加湿的空气的相对湿度>70％；和/或
-系统每天每千克吸附剂产生1升水。
在前述的某些实施方案中，MOF金属选自锆、镍、铁、铜、锰和铝，例如：MOF-801[Zr6O4(OH)4(富马酸盐)6]、MOF-841[Zr6O4(OH)4(MTB)3(H2O)2，其中MTB为4,4’,4”,4”’-甲烷四基四苯甲酸酯]、富马酸铝[Al(OH)(富马酸盐)]、CAU-10[Al(OH)(苯-1,3-二羧酸酯)]或MOF-303[Al(OH)(HPDC)，HPDC＝1H-吡唑-3,5-二羧酸酯]。
在一个方面，提供一种大气水分收集器系统，其包括：第一水分吸附单元和第二水分吸附单元；至少一个加热元件，其位于(a)每个水分吸附单元内，或(b)每个水分吸附单元的外部；冷凝器，其位于第一水分吸附单元和第二水分吸附单元之间；以及至少一个动力源(power source)，其被配置为驱动系统中的风扇和加热元件。在一些变型中，每个水分吸附单元独立地包括：至少一个风扇，和至少一个被配置为容纳水捕获材料的托盘。在前述方面的一些实施方案中，每个水分吸附单元被配置为在一个或多个循环中操作，其中每个循环包括吸附模式，随后是解吸附模式。冷凝器被配置为以解吸附模式冷凝从水分吸附单元释放的水蒸气并产生液态水。
在一个变型中，当水分吸附单元之一以吸附模式操作时，其中的至少一个风扇被配置为将周围空气导向至少一个水捕获材料托盘，并且至少一部分水捕获材料从周围空气中吸附水分。处于吸附模式的水分吸附单元中的至少一个风扇进一步将空气导出处于吸附模式的水分吸附单元，以至少部分地冷却与其相邻的冷凝器的一侧。
在另一变型中，当另一个水分吸附单元以解吸附模式操作时，至少一个加热元件被配置为提供热，该热引起水蒸气从至少一部分水捕获材料中释放。
在前述的某些变型中，水分吸附单元被配置为一起操作，使得当第二水分吸附单元以解吸附模式操作时，第一水分吸附单元以吸附模式操作，并且当第二水分吸附单元以吸附模式操作时，第一水分吸附单元以解吸附模式操作。
在其他方面，提供收集大气水的方法，其包括操作所公开的水分收集器系统。
在一方面，提供一种使用大气水分收集器系统从周围空气中收集水的方法，所述大气水分收集器系统包括第一水分吸附单元、第二水分吸附单元和冷凝器，其中冷凝器位于第一水分吸附单元和第二水分吸附单元之间。在一些实施方案中，所述方法包括：将周围空气导向大气水分收集器系统的第一水分吸附单元中的至少一个水捕获材料托盘，其中第一水分吸附单元以吸附模式操作，并且其中至少一部分水捕获材料从周围空气中吸附水分；将空气导出第一水分吸附单元，以至少部分地冷却与其相邻的冷凝器的一侧；加热大气水分收集器系统的第二水分吸附单元以释放从至少一部分水捕获材料中释放的水蒸气，其中第二水分吸附单元在解吸附阶段中操作；以及使用冷凝器冷凝释放的水蒸气以产生液态水。
在前述方面的一些变型中，第一水分吸附单元和第二水分吸附单元一起操作，使得当第二水分吸附单元以解吸附模式操作时，第一水分吸附单元以吸附模式操作。
在其他实施方案中，所述方法还包括在第一水分吸附单元中完成吸附并且在第二水分吸附单元中完成解吸附之后，切换第一水分吸附单元和第二水分吸附单元中的模式。然后，当第二水分吸附单元以吸附模式操作时，第一水分吸附单元以解吸附模式操作。
本发明涵盖本文叙述的特定实施方案的所有组合，就好像每个组合已经被费力地叙述一样。
附图说明
通过结合附图参考下面的描述，可以最好地理解本申请，其中，相同的部分可以用相同的标号表示。
图1描绘了有源大气水分收集器的示例性示意图，并且示出了独立的单元单元之间的连接和气流(以及温度和相对湿度范围)。太阳能加热器和光伏太阳能面板使用自然阳光分别为收集器提供热和电。图中所示的两个MOF床可以互换，以在解吸附和水吸附之间循环。液态水被收集在冷凝器中。
图2描绘了另一种有源大气水分收集器的示例性示意图，并且示出了独立的单元单元之间的连接和气流(以及温度和相对湿度范围)。光伏太阳能面板使用自然阳光驱动收集器，用于风扇和电阻加热器。两个MOF床可以互换，以在解吸附和水吸附之间循环。液态水被收集在冷凝器中。
图3A和图3B描绘了采用太阳能加热器作为加热元件的另一示例性有源大气水分收集器。这对图显示了每个水分吸附单元如何通过吸附/解吸附循环一起工作。
图4A和图4B描绘了在水分吸附单元内采用电阻加热器作为加热元件的另一示例性有源大气水分收集器。这对图显示了每个水分吸附单元如何通过吸附/解吸附循环一起工作。
详述
以下描述阐述了示例性方法、参数等。然而，应当认识到，这种描述并非旨在限制本公开内容的范围，而是作为示例性实施方案的描述而提供。
在一些方面，本文提供可以从周围空气中，包括从在相对湿度低的沙漠环境中的周围空气中，收集水的有源大气水分收集器。
在一个方面，提供一种大气水分收集器系统，其包括：第一水分吸附单元和第二水分吸附单元；至少一个加热元件，其位于(a)每个水分吸附单元内，或(b)每个水分吸附单元的外部；冷凝器，其位于第一水分吸附单元和第二水分吸附单元之间；至少一个动力源，其被配置为驱动系统中的风扇和加热元件。
在一些实施方案中，每个水分吸附单元独立地包括：至少一个风扇，和至少一个被配置为容纳水捕获材料的托盘。在一些变型中，每个水分吸附单元被配置为在一个或多个循环中操作。每个循环包括吸附模式，然后是解吸附模式。
当给定的水分吸附单元以吸附模式操作时，处于吸附模式的水分吸附单元中的至少一个风扇被配置为将周围空气导向至少一个水捕获材料托盘，以及至少一部分水捕获材料从周围空气中吸附水分。处于吸附模式的水分吸附单元中的至少一个风扇进一步将空气导出处于吸附模式的水分吸附单元，以至少部分地冷却与其相邻的冷凝器的一侧。
当给定的水分吸附单元以解吸附模式操作时，至少一个加热元件被配置为提供热，该热引起水蒸气从至少一部分水捕获材料中释放。
在一些变型中，水分吸附单元被配置为一起操作，使得当第二水分吸附单元以解吸附模式操作时，第一水分吸附单元以吸附模式操作，并且当第二水分吸附单元以吸附模式操作时，第一水分吸附单元以解吸附模式操作。
冷凝器被配置为以解吸附模式冷凝从水分吸附单元释放的水蒸气并产生液态水。
参考图1，系统100是示例性有源大气水分收集器系统。系统100包括两个水分吸附单元110和120(在图中被标记为“MOF床”)。每个水分吸附单元包含水捕获材料(未示出)。在图1中，水捕获材料为MOF。在其他变型中，可以使用其他合适的水捕获材料。
如图1所示，水分吸附单元110以吸附模式操作，而水分吸附单元120以解吸附模式操作。每个水分吸附单元均配备至少一个风扇。特别地，水分吸附单元110具有风扇112，风扇112将周围空气导至水分吸附单元110中。周围空气与水捕获材料接触，并且至少一部分水捕获材料从周围空气中吸附水分。
应当理解，尽管将一个风扇描绘为水分吸附单元110的一部分，但是在其他变型中，水分吸附单元可以配备有多个风扇。此外，尽管风扇112被描绘在水分吸附单元110的顶部，但是在其他变型中，风扇可以位于水分吸附单元的其他区域中(例如，在侧面和/或底部上)。还应当理解，水分吸附单元120也配备有风扇，由于水分吸附单元120以解吸附模式操作，因此在图1中未示出该风扇。
再次参考图1，系统100还包括位于水分吸附单元110和120之间的冷凝器130。如图所示，冷凝器130涉及冷凝从以解吸附模式操作的水分吸附单元120的水捕获材料释放的水蒸气，这在下面进一步讨论。与以吸附模式操作的水分吸附单元110相邻的冷凝器130的一侧比与以解吸附模式操作的水分吸附单元120相邻的冷凝器的一侧具有更高的平均温度。
系统100还包括加热元件，所述加热元件包括配备有风扇142的太阳能加热器140。应当理解，尽管在太阳能加热器140中描绘了一个风扇，但是在其他变型中，太阳能加热器可以配备有多个风扇。太阳能加热器140位于每个水分吸附单元的外部，并且被配置为加热以解吸附模式操作的水分吸附单元120周围的空气，以间接提供热，该热引起水蒸气从水捕获材料中释放，该水捕获材料从之前的吸附阶段饱和。
风扇112还将空气导出水分吸附单元110，这冷却了与水分吸附单元110相邻的冷凝器130的一侧，并有助于捕获从水分吸附单元120释放的水蒸气的冷凝中释放的能量。风扇142有助于将用于冷却冷凝器130的空气吸进太阳能加热器140，这进一步加热该空气。太阳能加热器140释放热空气，该热空气如上所述间接地加热水捕获材料。
一旦水分吸附单元110完成了吸附阶段并且水分吸附单元120完成了解吸附阶段，则两个单元切换模式。尽管未在图1中示出，水分吸附单元110然后将以解吸附模式操作，并且水分吸附单元120然后将以吸附模式操作。
再次参考图1，系统100还包括动力源，例如光伏太阳能面板150，其驱动风扇和/或冷凝器。在其他变体中，动力源可以是电源(electrical source)，或者也可以使用动力源的组合。
参考图3A和3B，系统300是另一示例性有源大气水分收集器系统。系统300包括两个水分吸附单元310和320(在图中被标记为“MOF床”)。每个水分吸附单元包含水捕获材料(未示出)。在图3A和3B中，水捕获材料是MOF。在其他变型中，可以使用其他合适的水捕获材料。
图3A描绘了以吸附模式操作的水分吸附单元310和以解吸附模式操作的水分吸附单元320。水分吸附单元310配备有风扇312和314。如图3A所示，在吸附模式下，风扇312是运行的，而风扇314是不运行的。风扇312将周围空气导至水分吸附单元310中。周围空气与水捕获材料接触，并且至少一部分水捕获材料从周围空气中吸附水分。
应当理解，风扇可以相对于水捕获材料的托盘处于任何合适的位置。例如，风扇312被描绘在水分吸附单元310的顶部，在其他变型中，风扇可以位于水分吸附单元的其他区域中(例如，在侧面和/或底部上)。
再次参考图3A和3B，系统300还包括位于水分吸附单元310和320之间的冷凝器330。如图3A所示，冷凝器330冷凝从以解吸附模式操作的水分吸附单元320的水捕获材料释放的水蒸气以产生液态水，这将在下面进一步讨论。与以吸附模式操作的水分吸附单元310相邻的冷凝器330的一侧比与以解吸附模式操作的水分吸附单元320相邻的冷凝器的一侧具有更高的平均温度。
系统300还包括加热元件，所述加热元件包括太阳能加热器340和350，每个太阳能加热器配备有至少一个风扇(例如分别为风扇342和352)。太阳能加热器340和350位于水分吸附单元的外部。在图3A中，太阳能加热器340是有源加热元件，其被配置为加热以解吸附模式操作的水分吸附单元320周围的空气，以间接提供热，该热引起水蒸气从水捕获材料中释放，该水捕获材料从之前的吸附阶段饱和。
再次参考图3A，风扇312还将空气导出以吸附模式操作的水分吸附单元310，这冷却了与水分吸附单元310相邻的冷凝器330的一侧，并有助于捕获从水分吸附单元320释放的水蒸气的冷凝中释放的能量。风扇342有助于将用于冷却冷凝器330的空气吸进太阳能加热器340，这进一步加热该空气。风扇324有助于将来自太阳能加热器340的热空气吸向水分吸附单元320，以加热水捕获材料以释放水蒸气。风扇324还可有助于将释放的水蒸气导向冷凝器330。
一旦水分吸附单元310完成吸附阶段并且水分吸附单元320完成解吸附阶段，两个单元切换模式。图3B描绘了以解吸附模式操作的水分吸附单元310，以及以吸附模式操作的水分吸附单元320。
如图3B所示，在吸附模式中，风扇322是运行的，而风扇324是不运行的。风扇322将周围空气导向至水分吸附单元320中。周围空气与水捕获材料接触，并且至少一部分水捕获材料从周围空气中吸附水分。风扇322还将空气导出以吸附模式操作的水分吸附单元320，这冷却了与水分吸附单元320相邻的冷凝器330的一侧，并有助于捕获从以解吸附模式操作的水分吸附单元310释放的水蒸气的冷凝中释放的能量。
再次参考图3B，太阳能加热器350被配置为加热以解吸附模式操作的水分吸附单元310周围的空气，以间接提供热，该热引起水蒸气从水捕获材料中释放，该水捕获材料从之前的吸附阶段饱和(图3A)。在图3B中，风扇352有助于将用于冷却冷凝器330的空气吸进太阳能加热器350，这进一步加热该空气。风扇314是运行的，而风扇312在水分吸附单元310以解吸附模式操作时是不运行的。风扇352有助于将用于冷却冷凝器330的空气吸进太阳能加热器350，这进一步加热该空气。风扇314有助于将来自太阳能加热器350的热空气吸进至水分吸附单元310以加热水捕获材料以释放水蒸气。从太阳能加热器350释放的空气间接加热水捕获材料，这释放水蒸气。风扇314还可以有助于将释放的水蒸气导向冷凝器330。冷凝器330冷凝从以解吸附模式操作的水分吸附单元310的水捕获材料中释放的水蒸气，产生液态水。
再次参考图1和图3A和3B，系统100和300还包括动力源，例如分别驱动风扇和/或冷凝器的光伏太阳能面板150和360。在其他变型中，动力源可以是电源，或者也可以使用动力源的组合。
图1、3A和3B描绘了某些示例性有源大气水分收集器系统中的外部加热元件。然而，加热元件也可以位于水分吸附单元的内部，并直接加热水捕获材料。
参考图2，系统200描绘了另一个示例性的有源大气水分收集器系统。系统200包括两个水分吸附单元210和220(在图中被标记为“MOF床”)。每个水分吸附单元包含水捕获材料(未示出)。在图2中，水捕获材料是MOF。在其他变型中，可以使用其他合适的水捕获材料。
如图2所示，水分吸附单元210以吸附模式操作，而水分吸附单元220以解吸附模式操作。每个水分吸附单元都配备有至少一个风扇。水分吸附单元210具有风扇212，并且水分吸附单元220具有风扇222。
应当理解，尽管将一个风扇描绘为水分吸附单元210的一部分，但是在其他变型中，水分吸附单元可以配备有多个风扇。此外，应当理解，风扇可以相对于水捕获材料的托盘处于任何合适的位置。例如，虽然风扇212被描绘在水分吸附单元210的顶部，但是在其他变型中，风扇可以位于水分吸附单元的其他区域中(例如，在侧面和/或底部上)。
再次参考图2，系统200还包括位于水分吸附单元210和220之间的冷凝器230。如图所示，冷凝器230涉及冷凝从以解吸附模式操作的水分吸附单元220的水捕获材料释放的水蒸气，这在下面进一步讨论。与以吸附模式操作的水分吸附单元210相邻的冷凝器230的一侧比与以解吸附模式操作的水分吸附单元220相邻的冷凝器的一侧具有更高的平均温度。
系统200还包括位于水分吸附单元内的加热元件。系统200中的加热元件是电阻加热器240。应当进一步理解，水分吸附单元210还配备有电阻加热器，由于水分吸附单元210以吸附模式操作，因此图2中未示出该电阻加热器。
再次参考图2，以吸附模式操作的水分吸附单元210中的风扇212将周围空气导向至水分吸附单元210。周围空气与水捕获材料接触，并且至少一部分水捕获材料从周围空气中吸附水分。
风扇212还将空气导出水分吸附单元210，这冷却了与水分吸附单元210相邻的冷凝器230的一侧，并有助于捕获从水分吸附单元220释放的水蒸气的冷凝释放的能量。冷却冷凝器的空气然后被释放回环境中。
电阻加热器240直接加热以解吸附模式操作的水分吸附单元220中的水捕获材料。热引起水蒸汽从水捕获材料中释放，该水捕获材料从之前的吸附阶段饱和。风扇222有助于将释放的水蒸气推向冷凝器230，冷凝器230将水蒸气冷凝成液态水。
一旦水分吸附单元210完成吸附阶段和水分吸附单元220完成解吸附阶段，两个单元切换模式。尽管在图2中未示出，水分吸附单元210然后将以解吸附模式操作，并且水分吸附单元220然后将以吸附模式操作。
参考图4A和4B，系统400描绘了又一个示例性的有源大气水分收集器系统。系统400包括两个水分吸附单元410和420(在图中被标记为“MOF床”)。每个水分吸附单元包含水捕获材料(未示出)。在图4A和4B中，水捕获材料是MOF。在其他变型中，可以使用其他合适的水捕获材料。
如图4A所示，水分吸附单元410以吸附模式操作，而水分吸附单元420以解吸附模式操作。水分吸附单元410具有风扇412和414，并且水分吸附单元420具有风扇422和424。
应当理解，风扇可以相对于水捕获材料的托盘处于任何合适的位置。例如，虽然风扇412被描绘在水分吸附单元410的顶部，但是在其他变型中，风扇可以位于水分吸附单元的其他区域中(例如，在侧面和/或底部上)
再次参考图4A和4B，系统400还包括位于水分吸附单元410和420之间的冷凝器430。如图4A所示，冷凝器430涉及冷凝从以解吸附模式操作的水分吸附单元420的水捕获材料释放的水蒸气，这在下面进一步讨论。与以吸附模式操作的水分吸附单元410相邻的冷凝器430的一侧比与以解吸附模式操作的水分吸附单元420相邻的冷凝器的一侧具有更高的平均温度。
系统400还包括位于水分吸附单元内的加热元件。系统400中的加热元件包括电阻加热器416和426。如图4A中，其中水分吸附单元410以吸附模式操作，电阻加热器416是不运行的。在图4B中，其中水分吸附单元420以解吸附模式操作，电阻加热器426是运行的，如下面进一步详细讨论的。
再次参考图4A，在以吸附模式操作的水分吸附单元410中的风扇412将周围空气导向至水分吸附单元410。周围空气与水捕获材料接触，并且至少一部分水捕获材料从周围空气中吸附水分。
风扇412还将空气导出水分吸附单元410，这冷却了与水分吸附单元410相邻的冷凝器430的一侧，并有助于捕获从水分吸附单元420释放的水蒸气的冷凝释放的能量。冷却冷凝器的空气然后被释放回环境中。
电阻加热器426直接加热以解吸附模式操作的水分吸附单元420中的水捕获材料。该热引起水蒸汽从水捕获材料中释放，该水捕获材料从之前的吸附阶段饱和。风扇424有助于将释放的水蒸气推向冷凝器430，冷凝器430将水蒸气冷凝成液态水。注意，在解吸附模式中，水分吸附单元420的风扇422是不运行的。
一旦水分吸附单元410完成吸附阶段和水分吸附单元420完成解吸附阶段，两个单元切换模式。如图4B所示，水分吸附单元420以吸附模式操作，而水分吸附单元410以解吸附模式操作。
如图4B所示，在吸附模式中，风扇422是运行的，而风扇424是不运行的。风扇422将周围空气导向至水分吸附单元420中。周围空气与水捕获材料接触，并且至少一部分水捕获材料从周围空气吸附水分。风扇422还将空气导出以吸附模式操作的水分吸附单元420，这冷却了与水分吸附单元420相邻的冷凝器430的一侧，并且有助于捕获从以解吸附模式操作的水分吸附单元410释放的水蒸气的冷凝释放的能量。
再次参考图4B，以解吸附模式操作的水分吸附单元410中的电阻加热器416是运行的。电阻加热器416直接加热以解吸附模式操作的水分吸附单元410中的水捕获材料。该热引起水蒸汽从水捕获材料释放，该水捕获材料从之前的吸附阶段饱和(图4A)。在图4B中，风扇414是运行的，而风扇412在水分吸附单元410以解吸附模式操作时是不运行的。风扇414有助于将从水分吸附单元410中的水捕获材料释放的水蒸气导向冷凝器430，冷凝器430冷凝释放的水蒸气，从而产生液态水。
再次参考图2和图4A和4B，系统200和400还包括动力源，例如分别驱动风扇和/或冷凝器的光伏太阳能面板250和440。在其他变型中，动力源可以是电源，或者也可以使用动力源的组合。
应当理解，图1、2、3A、3B、4A和4B中的示例性系统包括一个或多个另外的元件。例如，在一些变型中，所述系统还包括水收集罐和/或水储存箱。在其他变型中，所述系统还包括至少一个传感器和至少一个控制器。例如，在一个变型中，传感器(多个传感器)可用于检测以解吸附模式操作的水分吸附单元中的水捕获材料的饱和水平。传感器将数据馈送到控制器，然后当达到预定饱和水平时，该控制器打开加热元件。控制器还可用于打开和关闭以吸附模式操作的水分吸附单元中的风扇。
可以在水分吸附单元中使用任何合适的水捕获材料。在一些实施方案中，水捕获材料包括活性化学化合物。在一些实施方案中，这种材料从周围捕获来自空气的水分，然后在外部刺激下将捕获的水分释放到周围，所述外部刺激包括但不限于加热、水分蒸汽压力变化或UV-辐射。活性化学化合物可以是离子或共价多孔固体，包括但不限于金属-有机和有机多孔骨架材料、沸石、有机离子固体、无机离子固体、有机分子固体或无机分子固体。在一些变型中，活性化学化合物具有低热容量、高热导率和水热稳定性。它可以以纯的单相形式用作不同活性化学材料的组成，和/或与调节其性质的性能增强添加剂组合使用。性能增强添加剂可包括具有高热导率和摩尔吸收率的材料。活性化学化合物可以以粉末、挤出物、模塑体、压制粒料、纯或复合膜或烧结体的形式使用。
在一些实施方案中，水捕获材料包括金属-有机骨架，在本领域中也称为MOF。MOF是多孔材料，其具有与有机配体相连的重复二级结构单元(SBU)。在一些变型中，SBU可包括一种或多种金属或含金属的络合物。在其他变型中，有机配体具有酸和/或胺官能团(多个官能团)。在某些变型中，有机配体具有羧酸基团。
可以在本文提供的系统中使用能够吸附和解吸附水的任何合适的MOF。在一个变型中，可以使用MOF-303，其具有Al(OH)(HPDC)的结构，其中HPDC代表1H-吡唑-3,5-二羧酸酯。其他合适的MOF可以包括例如MOF-801、MOF-841和MIL-160。参见例如Furukawa等人,J.Am.Chem.Soc.2014,136,4369-4381。也可以使用MOF的组合。
在一些变型中，MOF具有约0.5nm至约1nm或约0.7nm至约0.9nm的孔尺寸。在某些变型中，MOF具有亲水性孔结构。在某些变型中，MOF具有包含酸和/或胺官能团的亲水性孔结构。在某些变型中，MOF具有允许可逆水吸附的1D通道。
在一些变型中，水捕获材料包括至少一种MOF和石墨。也可以使用本文所述的水捕获材料的任何组合。
在又一其他方面，本文提供的有源大气水分收集器是围绕三个不同单元构建的水生产装置。第一单元是太阳能加热器，其中通过直接吸收阳光，将环境空气(通常为30-40℃和20-30％RH)加热至80-90℃和<10％RH。如果大气条件需要，该单元可以被电阻代替。第二单元包括两个MOF床，其中水蒸气可以通过温度波动可逆地吸附并解吸附。为了在MOF中吸附水，环境空气通过风扇吹过床。在环境条件下，即使在干旱的环境中，MOF也可以将大气水捕获在其孔中。随后，通过风扇，MOF床经受从太阳能加热器吹出的热和干燥的空气物流，导致水分子的水从MOF的孔中解吸附(即MOF解吸附)并将它们转移到热空气物流中。将得到的热和湿空气物流转移到第三单元：有源冷却装置(例如，热电或基于压缩机的)，其中水蒸气被冷凝成液态水。该装置涉及两个MOF床，使得当一个床经历解吸附时，另一个床可用于吸附水以优化吸附/解吸附循环的频率。
在一些实施方案中，MOF床由水稳定的和结构坚固的金属-有机骨架构成，水稳定的和结构坚固的金属-有机骨架包括(但不限于)MOF-801[Zr6O4(OH)4(富马酸盐)6]、MOF-841[Zr6O4(OH)4(MTB)3(H2O)2，MTB＝4,4’,4”,4”’-甲烷四基四苯甲酸酯]、富马酸铝[Al(OH)(富马酸盐)]、CAU-10[Al(OH)(苯-1,3-二羧酸酯)]、MOF-303[Al(OH)(HPDC)，HPDC＝1H-吡唑-3,5-二羧酸酯]。通常，基于它们良好的水吸附性质选择MOF：最大水捕获容量、水吸附/解吸附动力学、水生产率。
在某些方面，提供使用本文所述的任何大气水分收集器系统从周围空气收集水的方法。在一个方面，所述方法包括：将周围空气导向以吸附模式操作的第一水分吸附单元中的至少一个水捕获材料托盘，这引起至少一部分水捕获材料从周围空气中吸附水分；将空气导出第一水分吸附单元以冷却与其相邻的冷凝器的一侧；加热以解吸附阶段操作的第二水分吸附单元以释放从至少一部分水捕获材料释放的水蒸气；使用冷凝器冷凝释放的水蒸气以产生液态水。在一些实施方案中，第一水分吸附单元和第二水分吸附单元一起操作，使得当第二水分吸附单元以解吸附模式操作时，第一水分吸附单元以吸附模式操作。
再次参考图1、3A和3B，其中描绘的示例性系统具有位于第二水分吸附单元的外部的加热元件(多个加热元件)。在这样的实施方案中，水分吸附单元的加热包括将从以吸附模式操作的第一水分吸附单元释放的空气导向太阳能加热器；以及加热以解吸附模式操作的第二水分吸附单元周围的空气，以间接提供热以从其中的至少一部分水捕获材料释放水蒸气。
再次参考图2、4A和4B，其中描绘的示例性系统具有位于第二水分吸附单元内的加热元件(多个加热元件)。在这样的实施方案中，水分吸附单元的加热包括直接加热其中的水捕获材料，以从其中的至少一部分水捕获材料释放水蒸气。在一些变型中，位于水分吸附单元内的加热元件是至少一个电阻加热器。电阻加热器位于托盘内并与水捕获材料接触。在一些变型中，电阻加热器被配置为在解吸附阶段中均匀地加热饱和的水捕获材料以释放水蒸气。
在以吸附模式操作的水分吸附单元完成吸附阶段并且以解吸附模式操作的水分吸附单元完成解吸附阶段之后，两个单元切换模式以完成吸附/解吸附循环。
因此，在一些变型中，所述方法还包括：在第一水分吸附单元中完成吸附并且在第二水分吸附单元中完成解吸附之后，切换第一水分吸附单元和第二水分吸附单元中的模式。当第二水分吸附单元以吸附模式操作时，第一水分吸附单元以解吸附模式操作。然后，所述方法还包括：将周围空气导向第二水分吸附单元中的至少一个水捕获材料托盘，并且其中至少一部分水捕获材料从周围空气中吸附水分；将空气导出第二水分吸附单元以至少部分地冷却与其相邻的冷凝器的一侧；加热第一水分吸附单元以从至少一部分水捕获材料释放水蒸气；并且使用冷凝器冷凝释放的水蒸气以产生另外的液态水。
从水分吸附单元获得的液态水可以被收集和/或储存以备将来使用。
所公开的有源大气水分收集器和方法能够在干旱地区以适合人类消费和与水相关的人类活动的规模生产液态水。利用这个强大和构思简单的单元，受即将到来的气温上升影响最大的人群可以直接从大气中收集淡水来满足他们的基本需求。收集的水适合人类消费，并且也可用于灌溉作物。
列举的实施方案
以下列举的实施方案代表了本发明的一些方面。
1.一种大气水收集器系统，其包括两个金属-有机骨架(MOF)床、加热器、驱动两个风扇的光伏面板，以及具有两侧的冷凝器，其可操作地被配置为：
a)吸附模式，其中环境空气被风扇之一吹过MOF床之一到达冷凝器的一侧，其中MOF从环境空气中吸附水以形成干燥的空气；
b)再生模式，其中干燥的空气被另一个风扇吹过另一个MOF床到达冷凝器的另一侧，其中加热器加热干燥的空气，加热的干燥的空气从MOF中解吸附水，并且加湿的空气在冷凝器处释放水；并且
其中所述MOF床是可互换的以在再生模式和水吸附模式之间循环。
2.实施方案1所述的收集器系统，其中，所述加热器是太阳能加热器。
3.实施方案1所述的收集器系统，其中，所述加热器是电加热器，优选地由光伏面板驱动，优选地由驱动风扇的同一面板驱动。
4.实施方案1、2或3所述的收集器系统，其中：
a)所述环境空气为30-40℃；
b)所述加热的空气为80-90℃；
c)所述干燥的空气的相对湿度<10％；
d)所述加湿的空气的相对湿度>70％；和/或
e)所述系统每天每千克吸附剂产生1升水。
5.实施方案1、2、3或4所述的收集器系统，其中，所述MOF金属选自锆、镍、铁、铜、锰和铝，例如：
MOF-801[Zr6O4(OH)4(富马酸盐)6]、
MOF-841[Zr6O4(OH)4(MTB)3(H2O)2，其中MTB为4,4’,4”,4”’-甲烷四基四苯甲酸酯]、
富马酸铝[Al(OH)(富马酸盐)]、
CAU-10[Al(OH)(苯-1,3-二羧酸酯)]，或
MOF-303[Al(OH)(HPDC)，HPDC＝1H-吡唑-3,5-二羧酸酯]。
6.一种收集大气水的方法，其包括操作实施方案1、2、3、4或5的所述收集器系统。
7.一种大气水分收集器系统，其包括：
第一水分吸附单元和第二水分吸附单元，
其中每个水分吸附单元独立地包括：
至少一个风扇，和
至少一个被配置为容纳水捕获材料的托盘，和
其中每个水分吸附单元被配置为在一个或多个循环中操作，其中每个循环包括吸附模式，随后是解吸附模式；
至少一个加热元件，其位于(a)每个水分吸附单元内，或(b)每个水分吸附单元的外部；
冷凝器，其位于所述第一水分吸附单元和所述第二水分吸附单元之间，其中与处于吸附模式的水分吸附单元相邻的冷凝器的一侧比与处于解吸附模式的水分吸附单元相邻的冷凝器的一侧具有更高的平均温度；和
至少一个动力源，其被配置为驱动系统中的所述风扇和加热元件，
其中，对于处于吸附模式的每个水分吸附单元，
处于吸附模式的水分吸附单元中的至少一个风扇被配置为将周围空气导向至少一个水捕获材料托盘，并且至少一部分水捕获材料从周围空气中吸附水分，以及
处于吸附模式的水分吸附单元中的至少一个风扇进一步将空气导出处于吸附模式的水分吸附单元，以至少部分地冷却与其相邻的冷凝器的一侧；
其中，对于处于解吸附模式的每个水分吸附单元，
所述至少一个加热元件被配置为提供热，所述热引起水蒸气从至少一部分水捕获材料中释放；和
其中所述冷凝器被配置为冷凝从处于解吸附模式的水分吸附单元释放的水蒸气并产生液态水。
8.实施方案7所述的系统，其中，所述水分吸附单元被配置为一起操作，使得当所述第二水分吸附单元以解吸附模式操作时，所述第一水分吸附单元以吸附模式操作，并且当所述第二水分吸附单元以吸附模式操作时，所述第一水分吸附单元以解吸附模式操作。
9.实施方案7或8所述的系统，其中，所述至少一个加热元件位于每个水分吸附单元的外部。
10.实施方案9所述的系统，其中，所述至少一个加热元件包括至少一个太阳能加热器和至少一个风扇，
其中，每个加热元件中的至少一个风扇将从处于吸附模式的水分吸附单元中释放的空气导向至少一个太阳能加热器中，并且
其中，所述至少一个太阳能加热器被配置为加热处于解吸附模式的水分吸附单元周围的空气，以间接提供热，所述热引起水蒸气从其中的至少一部分水捕获材料中释放。
11.实施方案7或8所述的系统，其中，所述至少一个加热元件位于每个水分吸附单元内。
12.实施方案11所述的系统，其中，所述至少一个加热元件被结合到所述至少一个托盘中并与至少一部分所述水捕获材料接触。
13.实施方案11或12所述的系统，其中，所述至少一个加热元件是至少一个电阻加热器，所述电阻加热器被配置为直接加热所述水捕获材料，这引起水蒸气从处于解吸附模式的水分吸附单元中的至少一部分水捕获材料中释放。
14.实施方案7至13中任一项所述的系统，其还包括水储存罐。
15.实施方案7至14中任一项所述的系统，其中，所述动力源包括至少一个太阳能面板或电力动力源、或其组合。
16.实施方案7至15中任一项所述的系统，其还包括：
至少一个传感器，其被配置为检测每个水分吸附单元中的水捕获材料的饱和水平；和
至少一个控制器，其被配置为从所述至少一个传感器接收关于每个水分吸附单元中的水捕获材料的饱和水平的输入，并且当达到预定的饱和水平时打开加热元件。
17.实施方案7至16中任一项所述的系统，其中，所述水捕获材料包括金属-有机骨架。
18.实施方案17所述的系统，其中，所述金属-有机骨架是：
MOF-801[Zr6O4(OH)4(富马酸盐)6]、
MOF-841[Zr6O4(OH)4(MTB)3(H2O)2，其中MTB为4,4’,4”,4”’-甲烷四基四苯甲酸酯]、
富马酸铝[Al(OH)(富马酸盐)]、
CAU-10[Al(OH)(苯-1,3-二羧酸酯)]，或
MOF-303[Al(OH)(HPDC)，HPDC＝1H-吡唑-3,5-二羧酸酯]，
或其任何组合。
19.一种使用大气水分收集器系统从周围空气中收集水的方法，所述大气水分收集器系统包括第一水分吸附单元、第二水分吸附单元和冷凝器，其中所述冷凝器位于第一水分吸附单元和第二水分吸附单元之间，
所述方法包括：
将周围空气导向大气水分收集器系统的第一水分吸附单元中的至少一个水捕获材料托盘，其中所述第一水分吸附单元以吸附模式操作，并且其中至少一部分水捕获材料从周围空气吸附水分；
将空气导出所述第一水分吸附单元，以至少部分地冷却与其相邻的冷凝器的一侧；
加热大气水分收集器系统的第二水分吸附单元以释放从至少一部分水捕获材料释放的水蒸气，其中所述第二水分吸附单元以解吸附阶段操作；和
使用冷凝器冷凝释放的水蒸气以产生液态水，
其中所述第一水分吸附单元和第二水分吸附单元一起操作，使得当第二水分吸附单元以解吸附模式操作时，所述第一水分吸附单元以吸附模式操作。
20.实施方案19所述的方法，其中，所述第二水分吸附单元的加热是通过至少一个位于所述第二水分吸附单元外部的加热元件进行的。
21.实施方案20所述的方法，其中，所述至少一个加热元件包括至少一个太阳能加热器和至少一个风扇，并且其中所述第二水分吸附单元的加热包括：
将从以吸附模式操作的第一水分吸附单元释放的空气导向至少一个太阳能加热器；和
加热以解吸附模式操作的第二水分吸附单元周围的空气，以间接提供热，以从其中的至少一部分水捕获材料中释放水蒸气。
22.实施方案19所述的方法，其中，所述第二水分吸附单元的加热是通过位于所述第二水分吸附单元内的至少一个加热元件进行的。
23.实施方案22所述的方法，其中，所述至少一个加热元件与所述第二水分吸附单元中的至少一部分水捕获材料接触。
24.实施方案22或23所述的方法，其中，所述至少一个加热元件是至少一个电阻加热器，并且其中所述第二水分吸附单元的加热包括直接加热其中的水捕获材料，以从至少一部分水捕获材料中释放水蒸气。
25.实施方案19至24中任一项所述的方法，其还包括收集液态水。
26.实施方案19至25中任一项所述的方法，其还包括储存液态水。
27.实施方案19至26中任一项所述的方法，其还包括：
在第一水分吸附单元中完成吸附并且在第二水分吸附单元中完成解吸附之后，切换第一水分吸附单元和第二水分吸附单元中的模式，其中当所述第二水分吸附单元以吸附模式操作时，所述第一水分吸附单元以解吸附模式操作。
28.实施方案27所述的方法，其还包括：
将周围空气导向至第二水分吸附单元中的至少一个水捕获材料托盘，并且其中至少一部分水捕获材料从周围空气吸附水分；
将空气导出所述第二水分吸附单元，以至少部分地冷却与其相邻的冷凝器的一侧；
加热所述第一水分吸附单元以从至少一部分水捕获材料中释放水蒸气；和
使用冷凝器冷凝释放的水蒸气以产生另外的液态水。
29.实施方案19至27中任一项所述的方法，其中，所述水捕获材料包括金属-有机骨架。
30.实施方案29所述的方法，其中，所述金属-有机骨架是：
MOF-801[Zr6O4(OH)4(富马酸盐)6]、
MOF-841[Zr6O4(OH)4(MTB)3(H2O)2，其中MTB为4,4’,4”,4”’-甲烷四基四苯甲酸酯]、
富马酸铝[Al(OH)(富马酸盐)]、
CAU-10[Al(OH)(苯-1,3-二羧酸酯)]，或
MOF-303[Al(OH)(HPDC)，HPDC＝1H-吡唑-3,5-二羧酸酯]，
或其任何组合。
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Claims (33)

1.一种大气水分收集器系统，其包括两个金属-有机骨架(MOF)床、加热器、驱动两个风扇的光伏面板，以及具有两侧的冷凝器，其可操作地被配置为：
a)吸附模式，其中环境空气被风扇之一吹过MOF床之一到达冷凝器的一侧，其中MOF从环境空气中吸附水以形成干燥的空气；
b)再生模式，其中干燥的空气被另一个风扇吹过另一个MOF床到达冷凝器的另一侧，其中加热器加热干燥的空气，加热的干燥的空气从MOF中解吸附水，并且加湿的空气在冷凝器处释放水；
其中所述MOF床是可互换的以在再生模式和水吸附模式之间循环；并且
所述两个金属-有机骨架(MOF)床包括第一MOF床和第二MOF床，
所述MOF床被配置为一起操作，使得当所述第二MOF床以再生模式操作时，所述第一MOF床以吸附模式操作，并且当所述第二MOF床以吸附模式操作时，所述第一MOF床以再生模式操作。
2.权利要求1所述的系统，其中，所述加热器是太阳能加热器。
3.权利要求1所述的系统，其中，所述加热器是电加热器。
4.权利要求3所述的系统，其中，所述加热器由光伏面板驱动。
5.权利要求4所述的系统，其中，所述加热器由驱动风扇的同一光伏面板驱动。
6.权利要求1至5中任一项所述的系统，其中：
a)所述环境空气为30-40℃；
b)所述加热的空气为80-90℃；
c)所述干燥的空气的相对湿度<10％；
d)所述加湿的空气的相对湿度>70％；和/或
e)所述系统每天每千克吸附剂产生1升水。
7.权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述MOF金属选自锆、镍、铁、铜、锰和铝。
8.权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述MOF为：
MOF-801[Zr6O4(OH)4(富马酸盐)6]、
MOF-841[Zr6O4(OH)4(MTB)3(H2O)2，其中MTB为4,4’,4”,4”’-甲烷四基四苯甲酸酯]、
富马酸铝[Al(OH)(富马酸盐)]、
CAU-10[Al(OH)(苯-1,3-二羧酸酯)]，或
MOF-303[Al(OH)(HPDC)，HPDC＝1H-吡唑-3,5-二羧酸酯]。
9.一种收集大气水的方法，其包括操作权利要求1至8中任一项所述的系统。
10.一种大气水分收集器系统，其包括：
第一水分吸附单元和第二水分吸附单元，
其中每个水分吸附单元独立地包括：
至少一个风扇，和
至少一个被配置为容纳水捕获材料的托盘，和
其中每个水分吸附单元被配置为在一个或多个循环中操作，其中每个循环包括吸附模式，随后是解吸附模式；
至少一个加热元件，其位于(a)每个水分吸附单元内，或(b)每个水分吸附单元的外部；
冷凝器，其位于所述第一水分吸附单元和所述第二水分吸附单元之间，其中与处于吸附模式的水分吸附单元相邻的冷凝器的一侧比与处于解吸附模式的水分吸附单元相邻的冷凝器的一侧具有更高的平均温度；和
至少一个动力源，其被配置为驱动系统中的所述风扇和加热元件，
其中，对于处于吸附模式的每个水分吸附单元，
处于吸附模式的水分吸附单元中的至少一个风扇被配置为将周围空气导向至少一个水捕获材料托盘，并且至少一部分水捕获材料从周围空气中吸附水分，以及
处于吸附模式的水分吸附单元中的至少一个风扇进一步将空气从处于吸附模式的水分吸附单元导出，以至少部分地冷却与其相邻的冷凝器的一侧；
其中，对于处于解吸附模式的每个水分吸附单元，
所述至少一个加热元件被配置为提供热，所述热引起水蒸气从至少一部分水捕获材料中释放；和
其中所述冷凝器被配置为冷凝从处于解吸附模式的水分吸附单元释放的水蒸气并产生液态水。
11.权利要求10所述的系统，其中，所述水分吸附单元被配置为一起操作，使得当所述第二水分吸附单元以解吸附模式操作时，所述第一水分吸附单元以吸附模式操作，并且当所述第二水分吸附单元以吸附模式操作时，所述第一水分吸附单元以解吸附模式操作。
12.权利要求10或11所述的系统，其中，所述至少一个加热元件位于每个水分吸附单元的外部。
13.权利要求12所述的系统，其中，所述至少一个加热元件包括至少一个太阳能加热器和至少一个风扇，
其中，每个加热元件中的至少一个风扇将从处于吸附模式的水分吸附单元中释放的空气导向至少一个太阳能加热器中，并且
其中，所述至少一个太阳能加热器被配置为加热处于解吸附模式的水分吸附单元周围的空气，以间接提供热，所述热引起水蒸气从其中的至少一部分水捕获材料中释放。
14.权利要求10或11所述的系统，其中，所述至少一个加热元件位于每个水分吸附单元内。
15.权利要求14所述的系统，其中，所述至少一个加热元件被结合到所述至少一个托盘中并与至少一部分所述水捕获材料接触。
16.权利要求14所述的系统，其中，所述至少一个加热元件是至少一个电阻加热器，所述电阻加热器被配置为直接加热所述水捕获材料，这引起水蒸气从处于解吸附模式的水分吸附单元中的至少一部分水捕获材料中释放。
17.权利要求10或11所述的系统，其还包括水储存罐。
18.权利要求10或11所述的系统，其中，所述动力源包括至少一个太阳能面板或电力动力源、或其组合。
19.权利要求10或11所述的系统，其还包括：
至少一个传感器，其被配置为检测每个水分吸附单元中的水捕获材料的饱和水平；和
至少一个控制器，其被配置为从所述至少一个传感器接收关于每个水分吸附单元中的水捕获材料的饱和水平的输入，并且当达到预定的饱和水平时打开加热元件。
20.权利要求10或11所述的系统，其中，所述水捕获材料包括金属-有机骨架。
21.权利要求10或11所述的系统，其中，所述水捕获材料包括：MOF-801、MOF-841、富马酸铝、CAU-10、MOF-303，或其任何组合。
22.一种使用大气水分收集器系统从周围空气中收集水的方法，所述大气水分收集器系统包括第一水分吸附单元、第二水分吸附单元和冷凝器，其中所述冷凝器位于第一水分吸附单元和第二水分吸附单元之间，
所述方法包括：
将周围空气导向大气水分收集器系统的第一水分吸附单元中的至少一个水捕获材料托盘，其中所述第一水分吸附单元以吸附模式操作，并且其中至少一部分水捕获材料从周围空气吸附水分；
将空气导出所述第一水分吸附单元，以至少部分地冷却与其相邻的冷凝器的一侧；
加热大气水分收集器系统的第二水分吸附单元以释放从至少一部分水捕获材料释放的水蒸气，其中所述第二水分吸附单元以解吸附阶段操作；和
使用冷凝器冷凝释放的水蒸气以产生液态水，
其中所述第一水分吸附单元和第二水分吸附单元一起操作，使得当第二水分吸附单元以解吸附模式操作时，所述第一水分吸附单元以吸附模式操作。
23.权利要求22所述的方法，其中，所述第二水分吸附单元的加热是通过至少一个位于所述第二水分吸附单元外部的加热元件进行的。
24.权利要求23所述的方法，其中，所述至少一个加热元件包括至少一个太阳能加热器和至少一个风扇，并且其中所述第二水分吸附单元的加热包括：
将从以吸附模式操作的第一水分吸附单元释放的空气导向至少一个太阳能加热器；和
加热以解吸附模式操作的第二水分吸附单元周围的空气，以间接提供热，以从其中的至少一部分水捕获材料中释放水蒸气。
25.权利要求23所述的方法，其中，所述第二水分吸附单元的加热是通过位于所述第二水分吸附单元内的至少一个加热元件进行的。
26.权利要求25所述的方法，其中，所述至少一个加热元件与所述第二水分吸附单元中的至少一部分水捕获材料接触。
27.权利要求25或26所述的方法，其中，所述至少一个加热元件是至少一个电阻加热器，并且其中所述第二水分吸附单元的加热包括直接加热其中的水捕获材料，以从至少一部分水捕获材料中释放水蒸气。
28.权利要求22至26中任一项所述的方法，其还包括收集液态水。
29.权利要求22至26中任一项所述的方法，其还包括储存液态水。
30.权利要求22至26中任一项所述的方法，其还包括：
在第一水分吸附单元中完成吸附并且在第二水分吸附单元中完成解吸附之后，切换第一水分吸附单元和第二水分吸附单元中的模式，其中当所述第二水分吸附单元以吸附模式操作时，所述第一水分吸附单元以解吸附模式操作。
31.权利要求30所述的方法，其还包括：
将周围空气导向至第二水分吸附单元中的至少一个水捕获材料托盘，并且其中至少一部分水捕获材料从周围空气吸附水分；
将空气导出所述第二水分吸附单元，以至少部分地冷却与其相邻的冷凝器的一侧；
加热所述第一水分吸附单元以从至少一部分水捕获材料中释放水蒸气；和
使用冷凝器冷凝释放的水蒸气以产生另外的液态水。
32.权利要求22至26中任一项所述的方法，其中，所述水捕获材料包括金属-有机骨架。
33.权利要求22至26中任一项所述的方法，其中，所述水捕获材料包括：MOF-801、MOF-841、富马酸铝、CAU-10、或MOF-303，或其任何组合。
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