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工程师从树枝上制造过滤器以净化饮用水
2021年03月26日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

未开花的树木(如松树和银杏树)的内部装有边材,内衬有被称为木质部的稻草状导管,木质导管从树的树干和树枝中吸水。木质部导管通过充当天然筛子的薄膜相互连接,从水和树液中滤出气泡。


工程师从树枝上制造过滤器以净化饮用水 中国化工网,okmart.com


麻省理工学院的工程师一直在研究边材的自然过滤能力,并且以前已经用边材的去皮横截面制造了简单的过滤器,这表明低技术设计有效地过滤了细菌中国化工网okmart.com


现在,同一个团队已经改进了该技术,并证明了该技术可以在现实环境中使用。他们制造了新的木质部过滤器,可以在实验室测试中过滤掉诸如大肠杆菌和轮状病毒等病原体,并证明该过滤器可以去除受污染的泉水,水龙头和地下水中的细菌。他们还开发了简单的技术来延长过滤器的保质期,使木质圆盘以干燥形式存储至少两年后可以净化水。


研究人员将他们的技术带到了印度,在那里他们用当地的树木制作了木质部过滤器,并与当地用户进行了测试。根据他们的反馈,该团队开发了一种简单过滤系统的原型,该系统配有可更换的木质部过滤器,以每小时一升的速度净化水。


他们的结果发表在《自然通讯》上,表明木质部过滤器有潜力用于社区环境,以从受污染的饮用水中去除细菌和病毒。


研究人员正在探索使木质部过滤器大规模可用的选择,特别是在饮用水被污染是导致疾病和死亡的主要原因的地区。该团队已经启动了一个开放源代码的网站,其中包含有关设计和制造各种树木类型的木质部过滤器的指南。该网站旨在支持企业家,组织和领导人向更广泛的社区介绍该技术,并鼓励学生使用木质部过滤器进行自己的科学实验。


麻省理工学院机械工程学教授,教育学系副主任Rohit Karnik表示:“由于原材料广泛且制造过程简单,人们可以想象涉及到社区的采购,制造和分销木质部过滤器。” “对于唯一只能饮用未经过滤的水的地方,我们希望木质部过滤器能够改善健康状况,并使水可饮用。”


 

Karnik的研究合著者是MIT机械工程系的主要作者Krithika Ramchander和Luda Wang,以及MIT D-Lab的Megha Hegde,Anish Antony,Kendra Leith和Amy Smith。


扫清道路


在对木质部的先前研究中,Karnik和他的同事发现木质材料的自然过滤能力还带有一些自然的局限性。随着木材的干燥,树枝的筛状膜开始粘附在墙壁上,从而降低了过滤器的渗透性或使水流过的能力。


随着时间的流逝,过滤器似乎也会“自我阻塞”,积聚堵塞管道的木本物质。


令人惊讶的是,两种简单的治疗方法克服了这两个限制。


通过将小截面的边材在热水中浸泡一个小时,然后将其浸入乙醇中并使其干燥,Ramchander发现该材料保持了渗透性,可以有效过滤水而不会堵塞。通过根据树的类型调整过滤器的厚度,也可以改善其过滤效果。


研究人员将麻省理工学院校园周围分支的小白松切成薄片并进行了处理,结果表明,即使储存长达两年,所制得的滤清器仍具有与商业滤清器相当的渗透性,从而大大延长了滤清器的保质期。


研究人员还测试了过滤器去除大肠杆菌和轮状病毒等污染物的能力,这些细菌是腹泻病的最常见原因。经过处理的过滤器去除了两种污染物的99%以上,达到了世界卫生组织设定的“两星级全面保护”类别的水处理水平。


Ramchander说:“我们认为这些过滤器可以合理地解决细菌污染物。” 她说:“但是,我们尚不知道化学污染物如砷和氟化物的影响。”


基础工作


受实验室研究结果的鼓舞,研究人员开始在印度进行现场测试,印度是世界上因水传播疾病而死亡率最高的国家,那里的人们无法获得安全可靠的饮用水超过1.6亿人。


两年多来,工程师(包括麻省理工学院D实验室的研究人员)在山区和城市地区工作,得到了当地非政府组织Himmotthan Society,Shramyog,人民科学研究所和Essmart的推动。他们用当地的松树制造了过滤器,并与美国的银杏树制成的过滤器一起进行了测试,并使用了当地的饮用水源。


这些测试证实,过滤器可有效去除当地水中发现的细菌。研究人员还进行了访谈,焦点小组讨论和设计研讨会,以了解当地社区当前的用水实践以及对水处理解决方案的挑战和偏好。他们还收集了有关设计的反馈。


海格德说:“获得人们高度评价的一件事是,这种过滤器是每个人都能识别的天然材料。” “我们还发现,低收入家庭的人们更愿意每天支付较少的金额,而不是频繁地支付较高的金额。这是使用现有过滤器的障碍,因为更换成本太高了。”


他们从印度各地的1000多个潜在用户那里获得了信息,他们设计了一个简单过滤系统的原型,该系统顶部装有一个容器,用户可以在其中装满水。水从一个1米长的管中流过,经过一个木质部过滤器,然后通过一个阀控喷口流出。木质部过滤器可以每天或每周更换一次,具体取决于家庭的需求。


该小组正在探索利用当地可用资源大规模生产木质部过滤器的方法,这种方法将鼓励人们将水净化作为日常生活的一部分,例如,以可负担的,按需付费的方式提供替换过滤器。你去的包。


卡莱尼克说:“木质部过滤器由廉价且可大量获取的材料制成,可以在当地商店买到,人们可以在这里购买所需物品,而无需像其他滤水器滤芯那样进行前期投资。” “目前,我们已经证明木质部过滤器可以提供逼真的性能。”


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