从沙漠空气中提取饮用水这项科技突破，是否会成为应对核废水污染的必备生存技能？_风闻

从干燥的沙漠空气中提取水，听起来是一件匪夷所思的事，但奥马尔·亚基（Omar Yaghi）教授的团队与2017年成功实现了这一壮举。奥马尔·亚基（Omar Yaghi）教授和他的团队基于金属有机框架（metal-organic frameworks, MOF）技术研发的水捕集装置成功做到了这一点。根据著名学术期刊Science和加州大学伯克利分校的报道，科学家基于MOF技术研发的设备，仅使用常规太阳能，便可在相对湿度仅20~30%的极端干燥的空气中捕集水分，且每12小时可生产2.8升水。

水捕集装置

那么，问题就来了，什么是MOF？MOF为何有如此神奇的能力？奥马尔·亚基（Omar Yaghi）教授又做出了哪些科学贡献？

MOF是一系列由金属簇协同有机配体组成的材料。通过在金属节点之间有序拼接有机连接体，从而构建形成出典型的多孔结晶材料。因而MOF具有独特的大比表面积、高孔隙率等特点。而不同的MOF材料又具备其独特的可精确调控的骨架和孔道结构。这就使得MOF气体存储、吸附分离、生物和催化等方面均表现出广阔的应用前景。而对MOF和其他类似结构材料的研究，也被称为网状化学。形象地说，可以认为，科学家们在分子和原子尺度上编制自己想要的网，从而捕获想要的物质。

奥马尔·亚基（Omar Yaghi）教授是金属有机框架（MOF）和共价有机框架（COF）领域的奠基人和开拓人。1995年，亚基教授等人制备了由刚性有机配体均苯三甲酸（BTC）与过渡金属Co合成的具有二维结构的配位化合物，并将其命名为MOF，从而开启这个直到今天仍是研究热点的领域。

Omar Yaghi教授

对于MOF领域的发展，亚基教授也做出了诸多贡献。他和团队在1999年使用有机配体1,4-丙二酸酯（1,4-BDC）和Zn2+合成了三维立方MOF材料MOF-5，解决了MOF材料在不存在客体分子（如溶剂）的条件下的稳定性问题，这是MOF发展上里程碑式的工作。

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

亚基教授还研发了一系列具有应用价值的MOF材料。如MOF-808可以通过变压吸附捕获和释放CO2，为二氧化碳的捕集和再利用提供了可能，这一过程是在无需加热的温和条件下实现的，为解决温室效应提供了思路。

而文章开头提到的从沙漠空气中捕集水，则是通过MOF-303(Al(OH)(PZDC)材料实现的。亚基教授团队还四种基于水基制备的合成方法(溶剂热法、回流法、容器法和微波法)，保证了其通用性。团队证明了其方案可以用于每批次生产3.5公斤，产率为91%，能解决沙漠中的水资源缺乏问题。

而通过设计合理的孔道结构，MOF材料还可以实现对水和空气中的有害物质的过滤和吸附，在污染治理中发挥其独特的作用。

丰硕的学术成果，也为亚基教授赢得了巨大的学术声誉。他获得了包括2018年沃尔夫化学奖在内的大量奖项，还当选了美国科学院院士。值得一提的是，除了在加州大学伯克利分校任职外，亚基教授还是清华大学核能与新能源技术研究院名誉教授。

非常不幸，今年海洋的污染日益严重，而未来，海洋会面对更多的污染。水资源的污染已经发生，并且将无可避免地进行下去。这时候我们就会想，MOF是否有机会成为我们应对水资源的核污染的新工具呢？

大胆设想的话，MOF可以给我们提供两种思路缓解或解决水资源核污染的问题。

第一种思路，是我们前面提到的对空气中的水的捕集。核污染水中的绝大多数放射性元素，并不会随水的蒸发进入空气，那么我们使用MOF捕集空气中的水，就可以获得安全、清洁的水资源。而亚基教授的成果，在极端干旱的沙漠地区，已经有了一定地实用价值。当然对于不那么缺水的地区，MOF材料的合成、设备的制造和维护等方面的成本，可能还是相对高了一些。或许我们需要进一步改进MOF材料的性能，提高捕集速度。

第二种思路则是设计MOF材料，对核污染水进行进化。通过设计合适的MOF结构，我们或许可以实现对核污染水的过滤，将铀、钚、铯、锶、碘、钴等放射性元素固定在MOF材料的空隙中，从而实现对核污染水的净化。不过，这就对MOF材料的设计的要求同样不低。科学上讲，设计出合适的结构，吸附多种放射性元素已经不是易事了；要投入到实际应用，则还需要考虑材料的稳定性、吸附过滤的效率、设备制造的成本等因素。

而对于已经排放进入大海的核污水，处理起来则更加困难了。毕竟整个大洋的体量太大了，我们似乎不可能把地球上所有的海水都过滤一遍。在我看来，能够实现一小片海水浴场的过滤，就是难以想象的杰出成果了。只能说，不幸的事发生了就是发生了。MOF可以给我们提供思路和希望，但无法改变已经发生的事情。

我对于MOF毕竟是门外汉，上面的说法肯定有很多疏漏，预测也未必准确。如果有机会听听亚基教授本人怎么说，听他讲自己对MOF在解决气候、污染问题上的思考，一定会给大家更多的启发。