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

3D打印资讯
2022
05/23
13:34
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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。

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△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。

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△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。

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△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。

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△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。




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