2022年5月23日,華盛頓的科學老師Rebecca Bushway和她的學生們利用3D打印技術,設計了一種低成本的鉛過濾器,該過濾器可以固定在水龍頭上并去除有毒金屬。
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使用3D打印和高中化學知識,學生們制作了一個用于去除水中的鉛的過濾器原型,它具有經濟和環保的特點。
受疫情影響,學校僅能通過網上授課的時候。空餘時間,學生們使用3D打印技術和現有的高中化學知識,制作了一個3英寸(7.5 厘米)高的鉛過濾器原型,它由可生物降解的塑料制成,希望以每件1美元的價格将其推向市場。Bushway多次對外宣傳過該過濾器,包括在著名的美國化學學會春季會議(四次)展示了該原型,并計劃在同行評審期刊上發表相關研究論文。
研發背景
多達1000萬美國家庭仍然通過鉛管取水,尤其鉛對于幼兒更加有害。這種金屬可以狡猾的避開身體自身防禦系統,可能導緻認知能力永久性喪失,并導緻一系列的心理問題,尤其在貧困地區得不到有效的控制。該團隊成員Nia Frederick解釋說,2014年在密歇根州弗林特,曾經出現過一個特别嚴重的水污染問題。但對于鉛中毒而言且卻很普遍,并且對非裔美國人和其他少數族裔的影響尤為嚴重。
Bushway在同學Erin Osterman(18歲)的協助下,演示了鉛水過濾器的使用。圖片來自phys
“我認為這是我們可以提供幫助的事情,”她說。關于鉛中毒這件事情人們早已知道數十年,但正在重視起來也就在最近幾十年。拜登政府已承諾向一項基礎設施法中投入數十億美元,以資助在未來幾年内拆除全國所有的鉛管——但在此之前,人們現在需要解決方案。
Bushway和她的高中學生們。圖片來自phys
巧妙的設計
Bushway的初步想法是采用化學反應:将溶解的鉛暴露于磷酸鈣粉末中會産生一種固體磷酸鉛,并留在過濾器内,以及無害的遊離鈣。同時,過濾器還有一個巧妙的設計:在磷酸鈣下方,有一個叫做碘化鉀的化學物質儲存器。他們計劃設計出,當磷酸鈣用完時,溶解的鉛會與碘化鉀發生反應,使水變黃——這表明是時候更換過濾器了。所以,學生Wathon Maung花了幾個月的時間,通過3D打印軟件,設計許多模型來滿足這種解決方案。
起初,磷酸鈣在過濾器内結塊,減緩了反應。但Maung發現,通過加入六角斜面勾結設計,他可以确保水的流動并防止結塊。通過3D打印設計,最終可實現每分鐘兩加侖(九升)的流量,這是水從水龍頭流出的正常速度。
接下來,Barrie團隊還希望加入一個小型LED,該儀器甚至可以在人眼可見之前檢測到水的泛黃,起到警示作用。
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多達1000萬美國家庭仍然通過鉛管取水,兒童時期接觸鉛尤其有害。
未來發展
化學工程師Paul Frail表示,該小組的工作“值得難以置信的贊譽”,将一般化學概念與3D打印結合起來設計了一種新穎的産品。Bushway相信他們開發的過濾器,具有廣泛的市場前景。因為,可實現同類型的反滲透系統要花費數百到數千美元,并且售價約20美元的碳塊過濾器,必須每隔幾個月更換一次,這比她小組的過濾器更頻繁。“我為這些學生感到無比自豪,”Bushway 說,并補充說,該小組希望與合作夥伴一起完成設計并大規模生産。
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