Filtr z drukarki 3D usuwa do 90 proc. mikroplastiku z wody
Naukowcy z University of Waterloo opracowali niedrogi i łatwy do modyfikowania filtr, który w testach laboratoryjnych usuwał z wody do 90 proc. mikroplastiku. Poszczególne elementy urządzenia można wytwarzać za pomocą drukarki 3D, a następnie łączyć w kolumny dostosowane do potrzeb konkretnego systemu oczyszczania.
Mikroplastik, czyli drobiny tworzyw sztucznych o wielkości poniżej pięciu milimetrów, trafia do rzek, wód gruntowych i ścieków między innymi podczas prania odzieży wykonanej z materiałów syntetycznych. Jego wychwytywanie jest trudne, szczególnie gdy cząstki osiągają rozmiary mierzone w mikrometrach.
Rozwiązanie opracowane przez kanadyjskich inżynierów może w przyszłości pomóc ograniczyć ten problem zarówno w gospodarstwach domowych, jak i w przemysłowych instalacjach uzdatniania wody.
Jak działa filtr wydrukowany w 3D?
Podstawę systemu tworzą okrągłe wkłady wydrukowane z PLA, czyli polilaktydu — polimeru powszechnie stosowanego w druku 3D. Wkłady mają specjalnie zaprojektowany układ kanałów, który wydłuża drogę przepływającej wody i zwiększa jej kontakt z powierzchnią filtrującą.
Do PLA dodano rozpuszczalny w wodzie glikol polietylenowy. Po wydrukowaniu element jest płukany gorącą wodą, która usuwa dodatek i pozostawia na jego powierzchni pory o rozmiarach mikro- i nanometrycznych. Zwiększa to powierzchnię zdolną do zatrzymywania drobin plastiku.
Ostatnim etapem jest pokrycie wkładów cienką warstwą materiału poprawiającego przyczepność. Powłoka pomaga wychwytywać mikroplastik, nie blokując jednocześnie przepływu wody. Cały system działa grawitacyjnie, bez konieczności stosowania skomplikowanego mechanizmu pompującego.
Dwadzieścia warstw dało najlepszy wynik
Naukowcy sprawdzali kolumny zawierające od ośmiu do 20 ułożonych jeden na drugim wkładów. Najlepszy rezultat uzyskano w konfiguracji z 20 warstwami — system zatrzymał do 90 proc. mikroplastiku znajdującego się w badanej wodzie.
Większe cząstki były wychwytywane niemal całkowicie. Trudniejsze okazało się zatrzymywanie drobin mniejszych niż 10 mikrometrów. To właśnie poprawa skuteczności w odniesieniu do najmniejszych cząstek ma być kolejnym etapem prac zespołu.
Istotną zaletą rozwiązania jest możliwość łatwej zmiany rozmiaru, geometrii i liczby elementów filtrujących. Druk 3D pozwala przygotować niewielki wkład do domowego systemu uzdatniania wody albo większą kolumnę przeznaczoną dla oczyszczalni ścieków czy zakładu przemysłowego.
Obiecujący prototyp, ale jeszcze nie gotowy produkt
Nowa technologia pozostaje na etapie badań. Nie jest to jeszcze filtr, który można kupić i zamontować w domu. Przed jego komercyjnym zastosowaniem potrzebne będą między innymi testy długotrwałej pracy, bezpieczeństwa materiałów, sposobu czyszczenia wkładów oraz zagospodarowania zatrzymanego mikroplastiku.
Wyniki pokazują jednak, że stosunkowo prosty, niedrogi i skalowalny system może osiągnąć wysoką skuteczność. Elementy wykonano z PLA, a do ich produkcji nie są potrzebne kosztowne materiały ani specjalistyczne metody przemysłowe.
Badacze widzą możliwość zastosowania technologii w instalacjach wody pitnej oraz w przemysłowym oczyszczaniu wody. Szczególnie interesujące może być wykorzystanie podobnych filtrów w urządzeniach zatrzymujących mikrowłókna uwalniane z syntetycznych ubrań podczas prania.
Badanie Ethana A. Crawforda i Tizazu H. Mekonnena opublikowano w czasopiśmie „Separation and Purification Technology”. To kolejny przykład pokazujący, że druk 3D może służyć nie tylko do szybkiego wytwarzania przedmiotów, lecz także do tworzenia rozwiązań wspierających ochronę wody i środowiska.
