美国高中生使用3D打印技术制造过滤器，实现低成本去除水中的铅

2022年5月23日，南极熊获悉，华盛顿的科学老师Rebecca Bushway和她的学生们利用3D打印技术，设计了一种低成本的铅过滤器，该过滤器可以固定在水龙头上并去除有毒金属。

△使用3D打印和高中化学知识，学生们制作了一个用于去除水中的铅的过滤器原型，它具有经济和环保的特点。图片来自phys

受疫情影响，学校仅能通过网上授课的时候。空余时间，学生们使用3D打印技术和现有的高中化学知识，制作了一个3英寸（7.5 厘米）高的铅过滤器原型，它由可生物降解的塑料制成，希望以每件1美元的价格将其推向市场。

Bushway多次对外宣传过该过滤器，包括在著名的美国化学学会春季会议（四次）展示了该原型，并计划在同行评审期刊上发表相关研究论文。

研发背景
多达1000万美国家庭仍然通过铅管取水，尤其铅对于幼儿更加有害。这种金属可以狡猾的避开身体自身防御系统，可能导致认知能力永久性丧失，并导致一系列的心理问题，尤其在贫困地区得不到有效的控制。

该团队成员Nia Frederick解释说，2014年在密歇根州弗林特，曾经出现过一个特别严重的水污染问题。但对于铅中毒而言且却很普遍，并且对非裔美国人和其他少数族裔的影响尤为严重。

△Bushway在同学Erin Osterman（18岁）的协助下，演示了铅水过滤器的使用。图片来自phys

“我认为这是我们可以提供帮助的事情，”她说。关于铅中毒这件事情人们早已知道数十年，但正在重视起来也就在最近几十年。

拜登政府已承诺向一项基础设施法中投入数十亿美元，以资助在未来几年内拆除全国所有的铅管——但在此之前，人们现在需要解决方案。

△Bushway和她的高中学生们。图片来自phys

巧妙的设计
Bushway的初步想法是采用化学反应：将溶解的铅暴露于磷酸钙粉末中会产生一种固体磷酸铅，并留在过滤器内，以及无害的游离钙。同时，过滤器还有一个巧妙的设计：在磷酸钙下方，有一个叫做碘化钾的化学物质储存器。

他们计划设计出，当磷酸钙用完时，溶解的铅会与碘化钾发生反应，使水变黄——这表明是时候更换过滤器了。所以，学生Wathon Maung花了几个月的时间，通过3D打印软件，设计许多模型来满足这种解决方案。

起初，磷酸钙在过滤器内结块，减缓了反应。但Maung发现，通过加入六角斜面勾结设计，他可以确保水的流动并防止结块。通过3D打印设计，最终可实现每分钟两加仑（九升）的流量，这是水从水龙头流出的正常速度。

接下来，Barrie团队还希望加入一个小型LED，该仪器甚至可以在人眼可见之前检测到水的泛黄，起到警示作用。

△多达1000万美国家庭仍然通过铅管取水，儿童时期接触铅尤其有害。图片来自phys

未来发展
化学工程师Paul Frail表示，该小组的工作“值得难以置信的赞誉”，将一般化学概念与3D打印结合起来设计了一种新颖的产品。

Bushway相信他们开发的过滤器，具有广泛的市场前景。因为，可实现同类型的反渗透系统要花费数百到数千美元，并且售价约20美元的碳块过滤器，必须每隔几个月更换一次，这比她小组的过滤器更频繁。

“我为这些学生感到无比自豪，”Bushway 说，并补充说，该小组希望与合作伙伴一起完成设计并大规模生产。