令人惊讶的技术可以帮助提供清洁的水,并解决全世界的水危机。
根据联合国的数据,全世界有超过20亿人无法获得安全的饮用水。面对自然界的缺水和气候变化引起的干旱,许多人获得的水有限,而其他人则遭受着水供应的污染。许多人同时面临这两个问题。
创造水和清洁水的富有想象力的工具和技术正在出现。科学家们已经创造了检测毒性的微脑计算机,用电震出水的铅,并建立了一个无能源的净化装置,可以抵御人为错误。
这些技术最终可以保护全球人民的健康,无论是在有铅污染管道的城市,还是在共用水井可能干涸的农村环境。
沙漠收割机
地球上最丰富的水源之一就隐藏在众目睽睽之下:空气。
加州大学伯克利分校的James和Neeltje Tretter化学讲座教授Omar M. Yaghi博士表示,大气中不到0.001%的水分可以为地球上的每个人提供50升的水。
Yaghis实验室开发了一种新的方法来开发这种巨大的、看不见的资源。
他们将分子拼接成类似脚手架的结构,有机分子作为支柱,金属原子作为连接点。这些金属有机框架,或称MOFs,具有巨大的表面积:两个足球场的面积被折叠成豌豆大小的夹层。
Yaghis的有机玻璃水收集器充满了MOFs,它们甚至可以从最干燥的沙漠空气中哄骗水。当暴露在阳光下时,盒子被加热,导致MOFs从空气中捕获水分,随后作为可饮用的水被释放出来。
Yaghi说,除了MOF,世界上还没有一种材料能在非常低的湿度下以这种方式吸收和释放水分。
仅用200克MOF,这个太阳能箱每天就能收获超过一加仑的水。
电动版可以整天重复收获和释放的循环。
生物脑毒物检测器
显微镜下的单细胞生物可能包含一个不同问题的关键:一个简单的水安全测试。
微生物已经进化到能够识别并保护自己免受人类无法品尝或看到的水中毒素的影响,包括砷、大肠杆菌和铅。
"西北大学化学和生物工程系教授兼副主任Julius B. Lucks博士说:"它们有一个类似遗传分子大脑的东西,帮助它们做到这一点。
微生物有生物感应蛋白,也被称为生物传感器,它们附着在毒素上,这一过程激活了某种基因,例如将铅抽离生物体的基因。
研究人员发现,他们可以提取某些生物传感器,并重新连接DNA以产生一个不同的基因:一个在污染物存在时发光的基因。
然后他们编辑了更多的生物感应蛋白,重新设计这些蛋白以对特定水平的污染做出反应。
最终产品是一台手持式DNA计算机:一排试管,里面装着冻干的蛋白质。水样中的污染程度越高,会发光的试管数量就越多。
卢卡斯说,只有在满足某些条件的情况下,最终的DNA分子才会组装起来并产生荧光色。这是种神奇的现象。
防错的氯气分配器
氯气是杀死导致疾病的水传播病原体的有力工具,但要有效使用它却很棘手。常见的方法,如氯气片和旋钮式分配装置,给人为错误留下了巨大的空间。
塔夫茨环境研究所的研究人员希望在缺乏电力的地方,使氯气易于在社区共享水源上使用。
他们优雅的解决方案只有两个组成部分:一个连接到水管末端的小盒子和一个装满液态氯的罐子。
塔夫茨大学时该设备的首席研究员、现为加州大学伯克利分校环境工程博士生的朱莉-E-鲍尔斯说,我们发现拥有经过处理的水对健康有很多好处,这需要你一直在处理你的水。
因为盒子的直径比管道窄,所以当水流经它时,它会导致压力的变化。这种压力变化被称为文丘里效应,它将氯气从水箱中拉到水流中,因此无需电力就能自动处理。
研究人员在孟加拉国和肯尼亚的7个社区的水亭安装了文丘里装置,这些地方的清洁水供应往往有限。经过6个月的试用,有5个社区选择了购买。
冲击水疗法
被密歇根州弗林特市的铅水危机所震惊,麻省理工学院的科学家和学生重新利用他们的海水淡化技术来去除重金属。
他们已经想出了如何用电来分离水中的杂质。这种方法被称为冲击电渗析,可以从海水中去除大量的钠。但是,钠是饮用水中的一个基本成分,它在饮用水中的浓度要小得多,而且如果不去除其他东西,铅就很难去除。
铅是非常棘手的。麻省理工学院化学工程系的博士生Mohammad A. Alkhadra说,如果你试图用电来过滤它,它可能会和你玩游戏,粘在你所使用的系统的墙壁或表面。
他们的技术依靠的是带电的多孔材料,如微小的玻璃片,这些材料一直被困在过滤器的外壳中,就像Brita过滤器中的活性炭一样,可以去除95%的铅。
这些材料提高了水的导电性,使钠和金属离子开始运动,并在它们之后留下一个净化区。只有来自该区域的纯水才被输入饮用水箱。
在沙特阿拉伯长大的阿尔卡德拉说,水是我成长过程中欣赏和认识到其价值的东西,沙特阿拉伯是一个受缺水困扰的国家。
随着越来越多的人面对日益减少和受污染的水供应,许多人可能需要接受这种心态。