從沙漠空氣中提取飲用水這項科技突破，是否會成為應對核廢水污染的必備生存技能？_風聞

從乾燥的沙漠空氣中提取水，聽起來是一件匪夷所思的事，但奧馬爾·亞基（Omar Yaghi）教授的團隊與2017年成功實現了這一壯舉。奧馬爾·亞基（Omar Yaghi）教授和他的團隊基於金屬有機框架（metal-organic frameworks, MOF）技術研發的水捕集裝置成功做到了這一點。根據著名學術期刊Science和加州大學伯克利分校的報道，科學家基於MOF技術研發的設備，僅使用常規太陽能，便可在相對濕度僅20~30%的極端乾燥的空氣中捕集水分，且每12小時可生產2.8升水。

水捕集裝置

那麼，問題就來了，什麼是MOF？MOF為何有如此神奇的能力？奧馬爾·亞基（Omar Yaghi）教授又做出了哪些科學貢獻？

MOF是一系列由金屬簇協同有機配體組成的材料。通過在金屬節點之間有序拼接有機連接體，從而構建形成出典型的多孔結晶材料。因而MOF具有獨特的大比表面積、高孔隙率等特點。而不同的MOF材料又具備其獨特的可精確調控的骨架和孔道結構。這就使得MOF氣體存儲、吸附分離、生物和催化等方面均表現出廣闊的應用前景。而對MOF和其他類似結構材料的研究，也被稱為網狀化學。形象地説，可以認為，科學家們在分子和原子尺度上編制自己想要的網，從而捕獲想要的物質。

奧馬爾·亞基（Omar Yaghi）教授是金屬有機框架（MOF）和共價有機框架（COF）領域的奠基人和開拓人。1995年，亞基教授等人制備了由剛性有機配體均苯三甲酸（BTC）與過渡金屬Co合成的具有二維結構的配位化合物，並將其命名為MOF，從而開啓這個直到今天仍是研究熱點的領域。

Omar Yaghi教授

對於MOF領域的發展，亞基教授也做出了諸多貢獻。他和團隊在1999年使用有機配體1,4-丙二酸酯（1,4-BDC）和Zn2+合成了三維立方MOF材料MOF-5，解決了MOF材料在不存在客體分子（如溶劑）的條件下的穩定性問題，這是MOF發展上里程碑式的工作。

MOF-5，轉引自DOI: 10.1088/1468-6996/16/5/054202

亞基教授還研發了一系列具有應用價值的MOF材料。如MOF-808可以通過變壓吸附捕獲和釋放CO2，為二氧化碳的捕集和再利用提供了可能，這一過程是在無需加熱的温和條件下實現的，為解決温室效應提供了思路。

而文章開頭提到的從沙漠空氣中捕集水，則是通過MOF-303(Al(OH)(PZDC)材料實現的。亞基教授團隊還四種基於水基製備的合成方法(溶劑熱法、迴流法、容器法和微波法)，保證了其通用性。團隊證明了其方案可以用於每批次生產3.5公斤，產率為91%，能解決沙漠中的水資源缺乏問題。

而通過設計合理的孔道結構，MOF材料還可以實現對水和空氣中的有害物質的過濾和吸附，在污染治理中發揮其獨特的作用。

豐碩的學術成果，也為亞基教授贏得了巨大的學術聲譽。他獲得了包括2018年沃爾夫化學獎在內的大量獎項，還當選了美國科學院院士。值得一提的是，除了在加州大學伯克利分校任職外，亞基教授還是清華大學核能與新能源技術研究院名譽教授。

非常不幸，今年海洋的污染日益嚴重，而未來，海洋會面對更多的污染。水資源的污染已經發生，並且將無可避免地進行下去。這時候我們就會想，MOF是否有機會成為我們應對水資源的核污染的新工具呢？

大膽設想的話，MOF可以給我們提供兩種思路緩解或解決水資源核污染的問題。

第一種思路，是我們前面提到的對空氣中的水的捕集。核污染水中的絕大多數放射性元素，並不會隨水的蒸發進入空氣，那麼我們使用MOF捕集空氣中的水，就可以獲得安全、清潔的水資源。而亞基教授的成果，在極端乾旱的沙漠地區，已經有了一定地實用價值。當然對於不那麼缺水的地區，MOF材料的合成、設備的製造和維護等方面的成本，可能還是相對高了一些。或許我們需要進一步改進MOF材料的性能，提高捕集速度。

第二種思路則是設計MOF材料，對核污染水進行進化。通過設計合適的MOF結構，我們或許可以實現對核污染水的過濾，將鈾、鈈、銫、鍶、碘、鈷等放射性元素固定在MOF材料的空隙中，從而實現對核污染水的淨化。不過，這就對MOF材料的設計的要求同樣不低。科學上講，設計出合適的結構，吸附多種放射性元素已經不是易事了；要投入到實際應用，則還需要考慮材料的穩定性、吸附過濾的效率、設備製造的成本等因素。

而對於已經排放進入大海的核污水，處理起來則更加困難了。畢竟整個大洋的體量太大了，我們似乎不可能把地球上所有的海水都過濾一遍。在我看來，能夠實現一小片海水浴場的過濾，就是難以想象的傑出成果了。只能説，不幸的事發生了就是發生了。MOF可以給我們提供思路和希望，但無法改變已經發生的事情。

我對於MOF畢竟是門外漢，上面的説法肯定有很多疏漏，預測也未必準確。如果有機會聽聽亞基教授本人怎麼説，聽他講自己對MOF在解決氣候、污染問題上的思考，一定會給大家更多的啓發。