大学公园,爸爸。——每天有超过1410亿公升的水用于冲厕所。在全球数百万人面临缺水的情况下,如果这个数字能减少50%呢?

宾夕法尼亚州立大学今天(11月18日)发表在《自然可持续性》杂志上的一项研究表明,这种可能性是存在的。

沃姆利大学早期工程教授、机械工程和生物医学工程副教授王德成(音)说:“我们的团队已经开发出一种强大的仿生、液体、污泥和细菌防护涂层,基本上可以让厕所实现自我清洁。”

LESS coating

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更少的涂料

宾夕法尼亚州立大学的研究人员已经开发出一种方法,可以显著减少冲传统厕所所需的水量。《自然·可持续性》杂志的一篇论文描述了这种方法。

Wong Lab, Penn State

在机械工程系和材料研究所(Materials Research Institute)的黄自然工程实验室(Wong Laboratory for Nature Inspired Engineering),研究人员开发了一种方法,可以大幅减少冲传统厕所所需的水量。传统厕所通常需要6升水。

由王的实验室的博士研究生王晶(音译)联合开发的这种液体固化的光滑表面(LESS)涂层是一种两步喷涂的技术,除了其他应用外,还可以应用在陶瓷马桶上。第一次喷剂是由分子接枝聚合物制成的,它是建立极其光滑和拒液性粉底的第一步。

王说:“当它干了之后,第一批喷剂就会生成看起来像小毛发的分子,其直径大约是人类的100万倍。”

当第一次喷洒创造了一个极其光滑的表面时,第二次喷洒在那些纳米级的“毛发”周围注入了一层薄薄的润滑剂,创造了一个超级光滑的表面。

王说:“当我们把这种涂层涂在实验室的马桶上,然后把合成粪便倒在上面,它(合成粪便)就会完全滑下来,没有任何东西粘在它(马桶)上。”

有了这种新型的光滑表面,厕所可以有效地清除碗里的残渣,只需要以前需要的水的一小部分就可以处理掉废物。研究人员还预测,在需要重新使用润滑层之前,这种涂层在传统厕所里可以冲500次水。

其他液体注入的光滑表面可能需要几个小时的时间来修复,而较少的两步涂层需要不到五分钟。研究人员的实验还发现,这种表面能有效地击退细菌,尤其是那些传播传染病和难闻气味的细菌。

研究人员说,如果它在美国被广泛采用,它可以将关键资源用于其他重要活动,如干旱地区或长期缺水地区。

在这些人道主义解决方案的推动下,研究人员也希望他们的工作能够对发展中国家产生影响。这项技术可以在世界各地广泛使用的无水厕所中使用。

“粪便粘在马桶上不仅会让使用者不舒服,而且还会对健康造成严重影响,”Wong说。

然而,如果一个没有水的厕所或小便池使用较少的涂层,该团队预测这些类型的装置将更有吸引力和更安全的广泛使用。

为了在美国和世界各地解决这些问题,王菲和他的合作者王、Birgitt Boschitsch和Nan Sun,他们都是机械工程的校友,开始了一个创业项目。

在本·富兰克林技术合作伙伴公司(Ben Franklin Technology Partners)的TechCelerator、美国国家科学基金会(National Science Foundation)、美国能源部(Department of Energy)、美国海军研究办公室(Office of Naval Research)、赖斯商业计划竞赛(Rice Business Plan Competition)和Y-Combinator的支持下,他们的公司spotLESS Materials已经开始将这种涂层较少的涂料推向市场。

“我们的目标是把有影响力的技术引入市场,让每个人都能受益,”Wong说。“为了最大限度地利用我们的涂层技术,我们需要让它走出实验室。”

展望未来,该团队希望一尘不染的材料将在维持世界水资源方面发挥作用,并继续扩大他们的技术范围。

“作为一个学术环境下的研究者,我的目标是发明出每个人都能从中受益的东西,”Wong说。“作为一名宾夕法尼亚大学的学生,我看到这种文化通过创业精神得到了放大,我很高兴能做出贡献。”

来自宾夕法尼亚州立大学的其他论文合著者包括材料科学与工程学院的王林;生物医学工程系博士研究生;机械工程专业的毕业生Margo Corsetti;及生物医学工程学系教授黄柏健。这项工作的国际合作者包括博士研究生罗斯·蒂尔尼和来自英国克兰菲尔德大学竞争创意设计中心的莱昂·威廉姆斯教授。

这项工作得到了国家科学基金会、沃姆利家族早期职业教授以及由Covestro和材料研究所资助的人道主义材料计划奖的支持。

 

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.psu.edu/story/598131/2019/11/18/research/new-slippery-toilet-coating-provides-cleaner-flushing-saves-water