美國高中生使用3D打印技術制造過濾器，實現(xiàn)低成本去除水中的鉛

2022年5月23日，南極熊獲悉，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。

△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(jīng)濟和環(huán)保的特點。圖片來自phys

受疫情影響，學校僅能通過網(wǎng)上授課的時候。空余時間，學生們使用3D打印技術和現(xiàn)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(fā)表相關研究論文。

研發(fā)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御系統(tǒng)，可能導致認知能力永久性喪失，并導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)族裔的影響尤為嚴重。

△Bushway在同學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(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設施法中投入數(shù)十億美元，以資助在未來幾年內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：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，以及無害的游離鈣。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(fā)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，磷酸鈣在過濾器內結塊，減緩了反應。但Maung發(fā)現(xiàn)，通過加入六角斜面勾結設計，他可以確保水的流動并防止結塊。通過3D打印設計，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”，將一般化學概念與3D打印結合起來設計了一種新穎的產(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計并大規(guī)模生產(chǎn)。