美國高中生使用3D打印技術(shù)制造過濾器，實現(xiàn)低成本去除水中的鉛
時間：2022-05-24 09:11 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2022年5月23日，華盛頓的科學(xué)老師Rebecca Bushway和她的學(xué)生們利用3D打印技術(shù)，設(shè)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。
研發(fā)背景
多達(dá)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御系統(tǒng)，可能導(dǎo)致認(rèn)知能力永久性喪失，并導(dǎo)致一系列的心理問題，尤其在貧困地區(qū)得不到有效的控制。該團(tuán)隊成員Nia Frederick解釋說，2014年在密歇根州弗林特，曾經(jīng)出現(xiàn)過一個特別嚴(yán)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(shù)族裔的影響尤為嚴(yán)重。
巧妙的設(shè)計
Bushway的初步想法是采用化學(xué)反應(yīng)：將溶解的鉛暴露于磷酸鈣粉末中會產(chǎn)生一種固體磷酸鉛，并留在過濾器內(nèi)，以及無害的游離鈣。同時，過濾器還有一個巧妙的設(shè)計：在磷酸鈣下方，有一個叫做碘化鉀的化學(xué)物質(zhì)儲存器。他們計劃設(shè)計出，當(dāng)磷酸鈣用完時，溶解的鉛會與碘化鉀發(fā)生反應(yīng)，使水變黃——這表明是時候更換過濾器了。所以，學(xué)生Wathon Maung花了幾個月的時間，通過3D打印軟件，設(shè)計許多模型來滿足這種解決方案。
起初，磷酸鈣在過濾器內(nèi)結(jié)塊，減緩了反應(yīng)。但Maung發(fā)現(xiàn)，通過加入六角斜面勾結(jié)設(shè)計，他可以確保水的流動并防止結(jié)塊。通過3D打印設(shè)計，最終可實現(xiàn)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(tuán)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。
未來發(fā)展
化學(xué)工程師Paul Frail表示，該小組的工作“值得難以置信的贊譽”，將一般化學(xué)概念與3D打印結(jié)合起來設(shè)計了一種新穎的產(chǎn)品。Bushway相信他們開發(fā)的過濾器，具有廣泛的市場前景。因為，可實現(xiàn)同類型的反滲透系統(tǒng)要花費數(shù)百到數(shù)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(xué)生感到無比自豪，”Bushway 說，并補充說，該小組希望與合作伙伴一起完成設(shè)計并大規(guī)模生產(chǎn)。
△使用3D打印和高中化學(xué)知識，學(xué)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(jīng)濟(jì)和環(huán)保的特點。圖片來自phys
受疫情影響，學(xué)校僅能通過網(wǎng)上授課的時候。空余時間，學(xué)生們使用3D打印技術(shù)和現(xiàn)有的高中化學(xué)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美元的價格將其推向市場。Bushway多次對外宣傳過該過濾器，包括在著名的美國化學(xué)學(xué)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(fā)表相關(guān)研究論文。研發(fā)背景
多達(dá)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御系統(tǒng)，可能導(dǎo)致認(rèn)知能力永久性喪失，并導(dǎo)致一系列的心理問題，尤其在貧困地區(qū)得不到有效的控制。該團(tuán)隊成員Nia Frederick解釋說，2014年在密歇根州弗林特，曾經(jīng)出現(xiàn)過一個特別嚴(yán)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(shù)族裔的影響尤為嚴(yán)重。
△Bushway在同學(xué)Erin Osterman（18歲）的協(xié)助下，演示了鉛水過濾器的使用。圖片來自phys
“我認(rèn)為這是我們可以提供幫助的事情，”她說。關(guān)于鉛中毒這件事情人們早已知道數(shù)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(chǔ)設(shè)施法中投入數(shù)十億美元，以資助在未來幾年內(nèi)拆除全國所有的鉛管——但在此之前，人們現(xiàn)在需要解決方案。
△Bushway和她的高中學(xué)生們。圖片來自phys
巧妙的設(shè)計
Bushway的初步想法是采用化學(xué)反應(yīng)：將溶解的鉛暴露于磷酸鈣粉末中會產(chǎn)生一種固體磷酸鉛，并留在過濾器內(nèi)，以及無害的游離鈣。同時，過濾器還有一個巧妙的設(shè)計：在磷酸鈣下方，有一個叫做碘化鉀的化學(xué)物質(zhì)儲存器。他們計劃設(shè)計出，當(dāng)磷酸鈣用完時，溶解的鉛會與碘化鉀發(fā)生反應(yīng)，使水變黃——這表明是時候更換過濾器了。所以，學(xué)生Wathon Maung花了幾個月的時間，通過3D打印軟件，設(shè)計許多模型來滿足這種解決方案。
起初，磷酸鈣在過濾器內(nèi)結(jié)塊，減緩了反應(yīng)。但Maung發(fā)現(xiàn)，通過加入六角斜面勾結(jié)設(shè)計，他可以確保水的流動并防止結(jié)塊。通過3D打印設(shè)計，最終可實現(xiàn)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(tuán)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。
△多達(dá)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。圖片來自phys
未來發(fā)展
化學(xué)工程師Paul Frail表示，該小組的工作“值得難以置信的贊譽”，將一般化學(xué)概念與3D打印結(jié)合起來設(shè)計了一種新穎的產(chǎn)品。Bushway相信他們開發(fā)的過濾器，具有廣泛的市場前景。因為，可實現(xiàn)同類型的反滲透系統(tǒng)要花費數(shù)百到數(shù)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(xué)生感到無比自豪，”Bushway 說，并補充說，該小組希望與合作伙伴一起完成設(shè)計并大規(guī)模生產(chǎn)。
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