研究人員開發可負擔的除砷的3D打印濾水器
時間：2020-05-22 09:15 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
中國3D打印網5月22日訊，來自印度尼西亞和韓國的研究人員聚集在一起，特別是為發展中國家改進了水過濾系統，發布了一項最新研究的成果，該研究結果是“用于經濟，現場除砷的三維打印水過濾系統”。
砷是地球上發現的一種天然元素，實際上是眾所周知的人類毒素，它可以損害肺，膀胱，肝臟，腎臟，甚至導致死亡。由于飲用水被污染，在像我國這樣的國家以及發展中國家中，有數百萬人處于危險之中，發展中國家對公共衛生的威脅要比發達國家更為嚴重，因為在發展中國家，家庭供水主要來自天然地下水，其中砷含量很高；因此，發展中國家普遍存在的健康風險是一個迫在眉睫的嚴重問題。
研究人員提出將3D打印作為一種潛在的負擔得起且易于使用的砷過濾方法，研究人員指出，可以創建一種自動且可重新配置的設備來充當“化學反應平臺”。樣品是在AutoCAD中設計的，每個樣品的外部高度為40mm，外徑為30mm。將數據傳輸到Simplify3D，然后使用PLA燈絲將樣品在DeltaBot 3D打印機上進行3D打印。
氧化鐵（III）涂層涂覆在3D打印通道上。
（A）過濾器的內部表面積和總通道體積與通道寬度的函數關系。內表面積表示過濾器內部方形通道的總面積（藍色圓圈）。總通道體積是過濾器中洗脫液在過濾過程中可能占據的空白空間的總和（黑色正方形）。 （B）樣品制備和過濾過程的橫截面示意圖。實際照片顯示在插圖中。在酸水解時，在通道內部形成羧基和羥基。然后將水解的過濾器浸泡在氫氧化鐵（III）溶液中并干燥，導致氧化鐵（III）沉積在表面上。沉積的鐵（III）氧化物被簡化為式單元（棕圈）。在樣品制備步驟之后，As（III）溶液流過過濾器，并且As（III）離子（藍色圓圈）被吸附到氧化鐵（III）上。 （C）過濾器中鐵（III）氧化物的負載量與通道寬度的關系。 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231475.g002
三維過濾器設計和樣品制備說明。
（A）過濾器的計算機輔助設計。設計了四個不同尺寸的濾光片，單位正方形的通道寬度分別為0.8、1.0、1.8和4.0 mm。圖中所有數字均以毫米為單位。 （B）3D打印的PLA過濾器表面樣品制備過程的圖示：酸水解，氧化鐵加載和干燥。 （C，D）3D打印的濾鏡（C）在氧化鐵（III）吸附之前和之后（D）的頂部（左側）和底部（右側）的圖片。
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231475.g001
在3D打印設備上進行了有關砷離子對氧化鐵的吸附的評估。最終，研究人員注意到鐵的均勻分布。過濾前未發現砷，但過濾器表面有“大量”砷。
SEM-EDX圖像和3D打印濾鏡的元素分析。
（A）過濾后的過濾器的SEM圖像和EDX元素圖（碳（C），氧（O），鐵（Fe）和砷（As））。 As（III）過濾之前和之后的（C）過濾器表面的SEM圖像。 （D）在過濾As（III）之前和之后，以重量百分比計的元素的定量分布。
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231475.g004
報告了As（III）對不同吸附劑的吸附能力。
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231475.t001
不同載體材料對氧化鐵對砷（III）的吸附能力。
砷是地球上發現的一種天然元素，實際上是眾所周知的人類毒素，它可以損害肺，膀胱，肝臟，腎臟，甚至導致死亡。由于飲用水被污染，在像我國這樣的國家以及發展中國家中，有數百萬人處于危險之中，發展中國家對公共衛生的威脅要比發達國家更為嚴重，因為在發展中國家，家庭供水主要來自天然地下水，其中砷含量很高；因此，發展中國家普遍存在的健康風險是一個迫在眉睫的嚴重問題。
研究人員提出將3D打印作為一種潛在的負擔得起且易于使用的砷過濾方法，研究人員指出，可以創建一種自動且可重新配置的設備來充當“化學反應平臺”。樣品是在AutoCAD中設計的，每個樣品的外部高度為40mm，外徑為30mm。將數據傳輸到Simplify3D，然后使用PLA燈絲將樣品在DeltaBot 3D打印機上進行3D打印。
氧化鐵（III）涂層涂覆在3D打印通道上。
（A）過濾器的內部表面積和總通道體積與通道寬度的函數關系。內表面積表示過濾器內部方形通道的總面積（藍色圓圈）。總通道體積是過濾器中洗脫液在過濾過程中可能占據的空白空間的總和（黑色正方形）。 （B）樣品制備和過濾過程的橫截面示意圖。實際照片顯示在插圖中。在酸水解時，在通道內部形成羧基和羥基。然后將水解的過濾器浸泡在氫氧化鐵（III）溶液中并干燥，導致氧化鐵（III）沉積在表面上。沉積的鐵（III）氧化物被簡化為式單元（棕圈）。在樣品制備步驟之后，As（III）溶液流過過濾器，并且As（III）離子（藍色圓圈）被吸附到氧化鐵（III）上。 （C）過濾器中鐵（III）氧化物的負載量與通道寬度的關系。 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231475.g002
三維過濾器設計和樣品制備說明。
（A）過濾器的計算機輔助設計。設計了四個不同尺寸的濾光片，單位正方形的通道寬度分別為0.8、1.0、1.8和4.0 mm。圖中所有數字均以毫米為單位。 （B）3D打印的PLA過濾器表面樣品制備過程的圖示：酸水解，氧化鐵加載和干燥。 （C，D）3D打印的濾鏡（C）在氧化鐵（III）吸附之前和之后（D）的頂部（左側）和底部（右側）的圖片。
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231475.g001
在3D打印設備上進行了有關砷離子對氧化鐵的吸附的評估。最終，研究人員注意到鐵的均勻分布。過濾前未發現砷，但過濾器表面有“大量”砷。
SEM-EDX圖像和3D打印濾鏡的元素分析。
（A）過濾后的過濾器的SEM圖像和EDX元素圖（碳（C），氧（O），鐵（Fe）和砷（As））。 As（III）過濾之前和之后的（C）過濾器表面的SEM圖像。 （D）在過濾As（III）之前和之后，以重量百分比計的元素的定量分布。
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231475.g004
報告了As（III）對不同吸附劑的吸附能力。
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231475.t001
不同載體材料對氧化鐵對砷（III）的吸附能力。
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231475.t002
“隨著通道寬度變窄，與3D打印濾鏡的內表面積增加相對應，（1）在濾鏡的內表面沉積了更多的三氧化二鐵（吸附劑），（2）大氣條件下的流量（沒有外部泵送）降低了。”研究人員總結說。
吸附過濾的表面積，并在吸附過濾中顯示出更好的除砷效果。 研究還表明，內表面積較大的過濾器比表面積較小的過濾器在吸附過濾方面更有效。 由于可以通過過濾器本身的結構來控制通過過濾器的水的流量，因此不需要額外的泵送。 本報告中介紹的緊湊型過濾器應該可以用作小型凈水裝置，可以很容易地運送到任何被砷污染的地點。”
中國3D打印網點評： 近年來，許多項目涉及3D打印，以配合改善全球供水的努力，從使用霧豎琴收集純凈水到使用膜作為污染物的屏障，可生物降解的過濾器等等。
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(責任編輯：admin)
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