Старшеклассники из США разработали недорогой фильтр для удаления свинца из воды

Учитель естественных наук из Вашингтона Ребекка Бушуэй поставила перед учениками амбициозную задачу во время дистанционного обучения в пандемию: спроектировать и создать недорогой фильтр для крана, удаляющий токсичный свинец из воды. Используя 3D-печать и знания школьного уровня по химии, команда создала рабочий прототип — корпус фильтра высотой 7,5 см из биоразлагаемого пластика, который они надеются в будущем вывести на рынок по цене около $1 за штуку.

До 10 миллионов домов в США до сих пор получают воду по свинцовым трубам, а воздействие этого металла особенно вредно в детском возрасте. Свинец преодолевает гемато-энцефалический барьер и может вызывать необратимое снижение когнитивных способностей, а также способствовать психологическим проблемам, усугубляющим порочный круг бедности. Как объяснила участница команды Ниа Фредерик, отравление свинцом широко распространено и непропорционально сильно затрагивает афроамериканцев и другие меньшинства.

Идея Бушуэй заключалась в использовании химической реакции, применяемой для восстановления загрязнённой почвы: взаимодействие растворённого свинца с порошком фосфата кальция приводит к образованию твёрдого фосфата свинца, который остаётся внутри фильтра, и безвредного свободного кальция. Под слоем фосфата кальция находится резервуар с иодидом калия. Когда фосфат кальция истощается, растворённый свинец реагирует с иодидом калия, окрашивая воду в жёлтый цвет — сигнал о необходимости замены фильтра.

Ученик Уэтхон Маунг потратил месяцы на проектирование корпуса в программном обеспечении для 3D-печати. Он решил проблему слёживания порошка, добавив шестигранные скосы внутри фильтра, что обеспечило нормальную скорость потока воды — 9 литров в минуту. В дальнейшем команда хочет добавить спектрофотометр для раннего обнаружения пожелтения воды и светодиодный индикатор.

Химический инженер Пол Фрейл, не участвовавший в работе, отметил, что команда заслуживает большого признания за сочетание общих химических концепций с 3D-печатью для создания нового продукта. Однако, по его словам, фильтр требует дальнейших испытаний на оборудовании для ионной хроматографии, доступном в университетах, а также изучения рыночного спроса. Бушуэй уверена, что у разработки есть своя ниша, так как существующие системы обратного осмоса стоят сотни и тысячи долларов, а угольные фильтры за ~$20 требуют более частой замены.