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無需電力、一秒上手的濾水器——只要將汙水倒進這款竹纖維濾紙中,即可獲得乾淨飲用水

2018.04.16
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編譯:郭潔鈴

在一趟去柬埔寨的旅途中,中國環境專家董良杰發現當地估計有 2 千萬人飲用含砷的不潔水源,因此他和一組團隊合作,設計出一套濾水系統,並教導柬埔寨居民如何使用。

董良杰設計的這項技術確實有效,但是一般人若沒有相關知識背景,操作上很難直接上手。運用這套濾水系統前,人們需要先接受使用特殊濾心的訓練,以及使用後處理廢棄物的特殊方法。

「柬埔寨之旅快結束時,當地的管理者告訴我們:『你們雖然解決了砷中毒的問題,但是教育成本也很高昂。能不能研發一種新科技,把必須解說的步驟降到最低,或者根本不需要教育就能使用?』」董良傑表示。

7 年後,董良杰真的想出了簡單的解方。他研發出一種濾紙,看起來就像是放大版的咖啡濾紙,只要將濾紙放在玻璃杯或水壺上方,就能在倒水時除去所有汙染源。而當濾紙耗損後,只需直接將它取下,不需任何額外的複雜步驟。

這款稱為 Mesopaper 的濾紙,是由疊成 3 層的竹纖維紙張製成,紙張的夾層中皆含有陶瓷微粒;這些由黏土製成的微粒含有迷你的孔洞,能夠捕捉砷、鉛、汞等重金屬物質,同時能讓水和鈣、鎂等營養成分通過。在每一個孔洞中,奈米大小的鐵針將會像鉤子一樣勾住細菌和病毒,鐵粒子則會與水緩慢作用,將汙染物密封在其中,因此濾紙被丟棄後,並不會再次汙染土壤或水源。

這款濾紙不僅能淨化自來水,當災難發生時,也能以便宜的運費被迅速送至災民手中,讓他們能直接淨化雨水或水道的水再飲用。若將濾紙放大規模,還可以應用在汙水處理廠,或是淨化礦廠或核電廠等工業用水。(同場加映:只收雨水不收垃圾的「生態垃圾桶」,淨化全美最髒運河

人們普遍會使用逆滲透技術(reverse osmosis)來淨化水質,可是這種技術需要用上龐大的能源,用高壓迫使水分子穿過細小的孔洞;相較之下,用董良杰所研發的紙張過濾汙染源,不需要電力、化學物質或其他補充物。此外,由於濾紙淨水的過程中,汙染源會被封印在陶瓷微粒中,因此不會像其他汙水處理的過程一樣留下有毒的污泥。

2005 年時,董良杰正在夏威夷大學擔任學者,他於該地研發了陶瓷微粒,往後他不斷地思考如何應用這項科技。2013 年他因為在部落格上公開談論水源汙染,激怒中國官方而入獄,過了 9 個月的牢獄生活。2016 年,他扭轉了設計,將微粒上的孔洞拓寬一些,並加上鐵粒子,而最後一步則是將陶瓷微粒加進濾紙中,使消費者可以輕易地使用。

目前濾紙可於電商平台 Amazon 購得,6 片入售價 6.99 美金(約 210 元台幣),而一片直徑 9 英吋(約 23 公分)的濾紙,可以過濾 22 公升的水。Mesofilter 公司推測濾紙的首批消費者,將會是準備災難急救包或是喜愛露營的美國人。(同場加映:可以「穿著走」的避難所—設計系學生為難民打造多功能救生衣

若產能逐步擴大,生產成本將會降低,董良杰相信屆時開發中國家的人們也能負擔使用,他也盼望濾紙在某些地區可以在地化生產,用當地種植的竹子來造紙。由於濾紙同樣能過濾空氣,因此董良杰也計劃與其他企業合作,推出不同種類的產品,像是可過濾空汙的空氣面罩和工廠常用的化學防護衣。

核稿編輯:金靖恩

參考資料
These Cheap Paper Water Filters Remove Lead, Arsenic, and Bacteria

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專給視障者的 Google Maps ——這款「智慧塗料」搭配智能手杖,為視障者打造友善街道

編譯:李沂霖

在俄亥俄州的特殊學校—— Ohio State School for the Blind 門外有一條斑馬線,看起來就與其他十字路口的斑馬線無異,但是當一名視力受損的學生經過,並以設有感應裝置的導盲杖接觸斑馬線時,導盲杖便會震動,提醒使用者他正在過馬路。

這條斑馬線是以特殊的塗料繪製,塗料中含有稀土奈米晶體,會釋放出獨特的光線信號。只要將導盲杖底部裝上感應器,便可與塗料感應。「比如你將雷射光或 LED 光照射在這種材料上,材料會以特殊的頻率反饋。」智能材料公司「 Intelligent Materials」的首席科技技術長 Josh Collins 表示。

起初,Intelligent Materials 計畫著將這款「智能塗料」運用於自動駕駛汽車上——例如,智能塗料能夠幫助無人車識別交叉路口或車道,或是幫助 GPS 更準確地標記,但在研發過程中,團隊也意識到,這款塗料對於視障者來說可能也有所助益。

通常視障者是依靠身旁的車聲、號誌聲等交通聲響來幫助他們辨識方向、並確保自己在穿越街道時不會偏離人行道。然而,這些聲音並不總是奏效,尤其在流量較少的街道上,並無明顯的交通聲可成為視障朋友辨別方向的依據。

任教於 Ohio State School for the Blind 的定位與行動專家 Mary Ball-Swartwout,負責教授學生導航技巧。她表示:「對視障者而言,能聽到交通的聲音,對於辨識方向的確容易許多;而當他們走在交通流量低的地區時,智慧塗料與智慧拐杖便能派上用場。」

俄亥俄州哥倫布寄宿學校的學生將協助研究人員進行測試,將智慧塗料運用於這座封閉式校園內多處交叉路口。在灰色的街道上,智慧塗料將以透明或灰色呈現,因此對一般人而言就像隱形的一樣,不會影響他們的用路體驗,也便於運用在任何地點。「我們正思考著將智慧塗料運用於人行道、公車站以及其他所在,爲視障者提供引導。」俄亥俄州立大學材料科學工程教授 John Lannuti 表示。

此外,這款智慧塗料也能與導航工具一起使用,更精確地判別方向,如 GPS 有時無法區分街道或人行道、甚至無法識別正確的道路,而智慧塗料便能幫助人們辨別方向,如在交叉路口時判別方位、或是找到建築物入口的確切位置等。

「我們想像的是一款專給視障者的 Google Maps,比如一位視障朋友想去髮廊剪髮,便能藉由智慧塗料建立的路線前往髮廊,而手中的導盲杖也能感應到髮廊外的智慧塗料,讓使用者知道抵達目的地了。」Lannuti 說道。

導盲杖不只能與智慧塗料相感應,還能和智慧汽車連結,當一台車子擋住了人行道,導盲杖便能預先提醒使用者。

一座城市若要使用這款智慧塗料,其實不會比目前所使用的路面塗料還要昂貴。添加於智慧塗料的稀土,是唯一擁有這種光學特性的物質,僅需微微的量就能被感應。「我們只需將一小部分的智慧塗料添加於目前的路面塗漆中即可發揮效用,因此整體的塗料成本並不會大幅提升。」

而添加於導盲杖底部的感應器也很便宜,Collins 表示,以電視遙控器為例,遙控器上的按鍵皆輸送不同頻率的光線,由電視機中便宜的感應器讀取。「我們的系統也是運用相同的原理,且僅發送單一頻率,而目前連須發送多種頻率的電視遙控器,成本也僅需幾分錢。」

核稿編輯:金靖恩

參考資料
This Smart Paint Talks To Canes To Help People Who Are Blind Navigate

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