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濾水書濾出新世界

英國廣播公司(BBC)新聞網、美國時代雜誌(Time)、美國新聞周刊(Newsweek)陸續報導,美國維吉尼亞大學(University of Virginia)的一間研究機構,研發出一種書本,其中的書頁可以撕下來將一般水過濾成飲用水,目前第一批實地測試具有豐碩成果
 
 
英國廣播公司(BBC)新聞網、美國時代雜誌(Time)、美國新聞周刊(Newsweek)陸續報導,美國維吉尼亞大學(University of Virginia)的一間研究機構,研發出一種書本,其中的書頁可以撕下來將一般水過濾成飲用水,目前第一批實地測試具有豐碩成果。

這種「濾水書」的紙張經過特殊處理,含有銀或銅奈米粒子,可以殺死水中的細菌;書頁以食用墨水列印兩種語言-英文及當地語言,印有濾水書的相關資訊,告訴讀者濾水書的使用方法。雖然銀離子濾菌已有歷史,但目前尚未有人將其附在紙張中用來純化成可飲用水。每頁紙可以從書上移除並塞進一個特製的過濾容器,以用來過濾純化;而每頁紙可以用來產生26加侖(約100公升)的飲用水,一本書可以純化相當於一個人四年份的飲用水量。
濾水書的使用方法 。將未除菌水(一般水源)倒入濾水容器中,其中濾水容器中間有一頁濾水紙,透過濾水紙可以將有害細菌殺死,得到可飲用水。(圖片來源:黃煒盛)
▲濾水書的使用方法 。將未除菌水(一般水源)倒入濾水容器中,其中濾水容器中間有一頁濾水紙,透過濾水紙可以將有害細菌殺死,得到可飲用水。(圖片來源:黃煒盛)
 
該紙張是由漂白後的軟木牛皮紙漿製成,厚度0.5 mm,而基重(紙張磅數重量)為250 g/m2。在銅奈米粒子紙張(Cooper Nanoparticle, CuNP)或銀奈米粒子紙張(Silver Nanoparticle, AgNP)的製作方面,都是將未處理紙張浸置在鹼性離子溶液中1小時至2天。而鹼性離子溶液是將鹼性溶液與銅離子溶液混合,形成凝膠狀離子化合物;再將此化合物溶解到高濃度強鹼溶液中,以形成鹼性離子溶液。浸泡完的紙張再泡在去離子水(將水經過離子交換膜,以減少酸鹼性的水)中,以去除多餘的鹼。為減少所嵌入紙纖維的金屬離子,將紙張浸在85oC 10%含量的弱酸性水溶液10至30分鐘,取出後再浸置在去離子水溶液中一夜晾乾。

地表水具有較高的大腸桿菌(每100毫升500,000~1,000,000 CFU),使用濾水紙後,在過濾大腸桿菌的部分,AgNP紙張及CuNP紙張皆相當於可以濾掉約99.9%的大腸桿菌數量。對大多淨水實驗而言,紙張所釋出的金屬量是極微小的,銀粒子是0.1 ppm,而銅粒子為 1.0 ppm,皆低於世界衛生組織飲用水限制。

美國維吉尼亞大學(University of Virginia)研究員丹科維奇(Theresa Dankovich)博士是這項技術的重要推手,她陸續在非洲及孟加拉等地區進行非營利推廣。目前,全球約有6億6,300萬人缺乏乾淨的飲用水,每年在世界各地因飲用細菌污染的水而導致數百萬人死亡,其中主要是兒童。
部分地區不容易取得乾淨的水資源
▲部分地區不容易取得乾淨的水資源

 
此外,也在南非、海地、迦納和孟加拉等25個水源地進行測試,即使有嚴重污染的水源,透過AgNP和CuNP,就可以達到99.9%的純度,使細菌水平媲美美國的飲用水。根據實驗結果,每張書頁可以過濾高達100公升的水;換算下來,一本「濾水書」可以讓一個人使用4年左右。

這項研究結果已發表於美國化學學會(American Chemical Society)於波士頓舉行的第250屆全國會議上。2015年6月,丹科維奇和一個國際非營利組織Bangladesh合作,進行田野試驗,討論AgNP的家用商業化。在孟加拉國南部的幾個區,研究人員使用了以客戶為中心的調查,以獲取豐富內容來設計在使用文化上容易被接受的濾水容器,透過現場測試,濾水書使得大腸菌群計數呈顯著減少。

丹科維奇目前結合了她的化學知識、美國辛辛那提大學(University of Cincinnati)工業設計師,以及美國卡內基梅隆大學(University of  Carnegie Mellon)環境工程師。「我們有一大堆設計,而我們正試圖減少數量,使它簡單化,」她說「在世界上,5加侖桶有多種需求,所以我們進行各種容器的設計與實作。隨著這些應用產品,我們目前的重點在於擴大規模,從實驗室產品做成商業化成品。我們必須從“酷化學” (Cool Chemistry) 到每個人都可以理解和使用。」(撰稿團隊另製有小動畫呈現於延伸閱讀中,歡迎點閱連結!)(本文由科技部補助「新媒體科普傳播:遇見無所不在的生活科學」執行團隊撰稿)

責任編輯:張尹貞
審校:張惠博
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