仙人掌“吸附、净化”功能的研究

作者：彭梓昂

学校：永嘉县瓯北中心小学

指导师：陈秀鸯

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生活在永嘉瓯江畔都知道赖以生存的瓯江水是浑黄的、浑浊的，望着岸边的淤泥我不禁深思：如何能捞出泥砂让瓯江水变清澈呢？带着这个问题，我开展了净化研究：实验一得出原理是仙人掌成分中带点胶体离子能够吸附水中的带相反电荷的离子，凝集成大胶体，分离杂质后起到净化水中泥砂的作用；实验二针对增加黏液就增快净化的概念上证明碾碎虽然得到更多黏液，但分离和净化的结果还是切块的效果好；实验三详细的做了仙人掌、芦荟与明矾三者的净化对比试验及酸碱度PH试纸、纯净水TDS纯度值和矿物质测试，结果是仙人掌优胜芦荟与明矾的净化功能，并且酸碱度属中性符合饮用水PH值范围，测试笔也证明它矿物质含量高安全性能强，无毒害；实验四仙人掌对6种不同颜色不含泥砂水质是没有吸收颜色的净化反应的；最后实验五尝试山药、西瓜、秋葵虽也能产生黏液，但它们不具有吸附泥砂的功能。

五组试验证明了仙人掌具备的“吸附”、“净化”的功能是最佳的净水天然凝絮剂。它的功能可以利用起来为节约水资源做出更多的贡献，这将是我不停留的探索之路。

：仙人掌泥砂吸附净化

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我生活在瓯江畔，经常到瓯江边散步，玩耍，瓯江的水里面含有很多的泥砂，看上去极其的浑黄、浑浊，望着岸边的淤泥我不禁深思：瓯江水有那么多的泥砂，有什么办法可以分离出水中的泥砂，让水变清澈的办法呢？于是带着这个问题，我请教了科学陈老师，老师说：“你尝试一下仙人掌净水，看看会不会得到你想要的答案！”

仙人掌能净化污水中的杂质？可它是如何做到的？我百思不得其解！于是带着好奇心展开了对仙人掌的试验。

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仙人掌是怎样做到分离泥砂的，我找来了仙人掌和瓯江里的泥砂水进行了仙人掌吸附、净化效果的观察和研究。

实验一：仙人掌的吸附、净化效果的观察

●实验一结果分析：

在ml泥砂水和10g仙人掌果肉的试验中，分别对不同时期进行观察记录：5分钟时仙人掌释不断释放出粘液，并开始吸收泥砂颗粒，随后的30分钟出现了带状的粘液，泥砂也发生吸附的情况，2小时后呈现泥砂物完全沉淀及仙人掌基本吸收大量泥砂颗粒的现象，等到24小时吸收饱和，水质从浑黄色变成了半透明清澈的。对试验的结果我非常兴奋，整个过程能清楚的看到仙人掌黏液“释放”、“吸附”和水质从浊到清的变化现象，完美的证明了仙人掌具有吸附和净化水质的功能。

根据观察结合网上资料得出其原理：仙人掌成分中带点胶体离子能够吸附水中的带相反电荷的离子，凝集成大胶体，分离杂质后起到净化水中泥砂的作用。

实验成功后，我想如果仙人掌取量更多，产生黏液更多，是不是净化效果会更干净，净水率会更高吗？

实验二：增加仙人掌对泥沙吸附、净化程度的影响

●材料准备：

仙人掌、泥砂水、厨用电子秤、烧杯、培养皿、玻璃棒、榨汁机、自制“砂石过滤器”。

●试验方法：

对比试验、图片记录、表格记录

●试验步骤：

第一步：仙人掌去皮的果肉切成1cm3大小块状，用电子秤分别称取2份15g和1份30g，其中1份15g的果肉放入榨汁机中搅碎。

第二步：用实验二中同批的泥砂水（同等含泥量，含泥量占泥砂水的5/6），总容量为60ml。

第三步：①号是15g切小块的仙人掌；

②号是15g搅碎的仙人掌碎泥；

③号是30g切小块的仙人掌（③号是①号的2倍量）。

●实验二观察分析：

通过3个仙人掌果肉不同用量的对比试验发现：

①号和③号块状仙人掌果肉可以清晰看到吸附泥砂和分离出净化后的水，使之烧杯上面是水，中间是漂浮的仙人掌果肉、黏液吸附的泥砂及泥砂水，底部是沉淀的剩余泥砂。

②号泥絮状的果肉，因为搅拌机搅碎增大了仙人掌的面积，增加黏液的产量，产生吸附泥砂的最大化，但从观察状态上看，由于接触面因素，烧杯中呈浑浊，没有清晰的分离出沉积物和水的效果，无法目测净化后的水有多少毫升。

③号烧杯中的仙人掌果肉比①号烧杯吸附的更强大，水质净化的更迅速，沉淀物减少，水色呈淡黄色。

●实验二结果分析：

通过对比试验，证明仙人掌黏液的多少对泥砂水净化的程度成正比，但不同形式的仙人掌量的增加不代表直观的理解仙人掌能力的增加，捣碎的仙人掌虽然可以得到最大化黏液，但无法分解水和黏液，净化的分离效果差，净化率低，因此在一般情况下不建议仙人掌捣碎的比例过多，要达到更有效、更快速的净化泥砂水的方法只可是去皮块状的仙人掌。如果做水量的提取，要对用量过多的仙人掌进行过滤。

实验三：仙人掌、芦荟与明矾的净化对比试验及测试

我通过搜索资料发现，芦荟和明矾也具有吸附杂质的能力，于是我找来了芦荟和明矾进行了吸附能力的大比拼。

●材料准备：

仙人掌、芦荟、明矾、泥砂水、厨用电子秤、烧杯、培养皿、玻璃棒、三角尺、放大镜、砂石过滤器、滴管、PH试纸、水质TDS测试笔、矿物质测试笔

●试验方法：

对比试验、图片记录、表格记录

●试验步骤：

第一步：用电子秤分别称取10g仙人掌去皮果肉（块状），10g芦荟去皮果肉（块状），10g明矾。

第二步：①号烧杯ml泥砂水原液；

②号烧杯ml泥砂水加入10g仙人掌果肉（块状）；

③号烧杯ml泥砂水加入10g芦荟果肉（块状）；

④号烧杯ml泥砂水加入10g明矾（粉状）。

●实验三观察分析：

一、烧杯中目测观察结果：

对比组①号烧杯：ml泥砂水静置后，少许大颗粒泥砂沉淀，水质依然浑浊，发黄。

实验组②号烧杯：ml泥砂水加10g仙人掌（块状），水位上升至ml，仙人掌果肉吸附部分细小泥砂尘粒，少部分漂浮在水面顶部的，大部分沉淀在杯底，10分钟过后，水质十分清澈，接近自来水的透明度，

实验组③号烧杯：ml泥砂水加10g芦荟（块状），水位上升至ml，芦荟的黏液感觉比仙人掌分泌出的黏液多，但吸附功能不如仙人掌的强，泥砂松散，没有形成带、片、团状的凝聚状态。

实验组④号烧杯：ml泥砂水加10g明矾（粉状），水位上升至ml，明矾慢慢溶解，也有沉淀，水质偏黄，更浑浊。

目测净化效果：②仙人掌＞③芦荟＞①自我沉淀＞④明矾。

二、滤液观察比较：

为了进一步比较三种物质对水中杂质吸附和净化的效果，我还制作了一个简易的砂石过滤装置，对添加了仙人掌、芦荟、明矾的泥沙水进行过滤，比较滤液的效果，制作的过滤器是模仿自来水厂石英砂层过滤的方法。

三、简易“砂石过滤器”的制作：

将塑料瓶瓶盖用锥子扎出许多小孔，瓶底部剪掉，倒置，先放大块的卵石，容积是瓶身的1/5，再放入石英砂，容积是瓶身的2/3。整体砂石量为瓶身的1/2。（根据塑料瓶大小，卵石的大小约1-1.5cm3、石英砂大小约0.1-0.2cm3，卵石和石英砂需提前洗净。）

四、为什么采用“下大上小”的石子叠放？

起先我的过滤器用的瓜子片，它呈扁平状，表面粗糙，细石用了极细的细沙，过滤中发现细沙太细小并掺杂有泥灰，泥砂水直接被细沙阻隔和吸收，根本没有水流下来；后来我又用比细沙大一点的小碎石替代，碎石表面粗糙，凹凸不平，泥砂水直接无障碍的流过小碎石，底部卵石颗粒大，之间的缝隙也大，流下的泥砂水含泥量大，因此没有达到过滤的效果；最后在陈老师的指导下，我们寻找到了表面光滑、颗粒在1-1.5cm3的卵石，以及自来水厂里借用的石英砂。光滑的砂石之间的缝隙间距小，被仙人掌吸附的泥砂水一起倒入“过滤器”中，水既可以顺势而下，也完成了泥砂和仙人掌的过滤。

对比组①号泥砂水：88ml净化水，水质浑黄；

实验组②号仙人掌：90ml净化水，水质非常清澈；

实验组③号芦荟：92ml净化水，也清澈但比②号偏黄一些；

实验组④号明矾：ml净化水，水质浑浊，有点红黄色；

净化水量多少：④＞③＞②＞①

净化水纯净度：②＞③＞①、④

五、酸碱PH值测试：

我又产生了新的疑问，通过添加物之后过滤出来的滤液酸碱度会有什么不同呢,于是在网上买了PH试纸进行了检测。

酸碱PH值检测结果：

对比组①号泥砂水：PH值6.0-6.6，中性偏酸性；

实验组②号仙人掌：PH值6.6-7.6，中性；

实验组③号芦荟：PH值4.0-5.0，酸性；

实验组④号明矾：PH值4.0+，酸性；

PH值（酸性→碱性）：④→③→②→①

通过检测我发现了添加仙人掌的滤液与原来的泥沙水比较酸碱度变化不是很大，而添加了芦荟和明矾之后滤液的酸碱度明显变酸性了。

六、水TDS值与纯度检测：

我还利用饮用水TDS值与纯度检测笔，测试比较添加物之后的水的安全性与含有营养的情况，检测结果如下：

饮用水TDS值与纯度测试笔检测：

过滤后的仙人掌水质TDS值高，纯度低，杂质多，营养高，饮用安全性低；明矾和芦荟水质TDS值纯度一般，泥砂水原液TDS值低，纯度较高，杂质单一，营养低、相对判断饮用安全性高。

由于测试笔分辨不出杂质成分，只简单判断TDS值高低，按杂质多少判断饮用安全性的高低，所以我又做了矿物质测试，来说明仙人掌水质安全性低的理由。

七、矿物质检测：

矿物质检测结果分析：

过滤后的仙人掌和食用明矾水质PPM值高，说明矿物质成分高，对人体是有益处的；芦荟PPM值居中；泥砂水PPM值较低，矿物质成分低，这说明瓯江水过滤后成分不杂，符合作为我们赖以生存的饮用水源头使用。

●实验三结果分析：

此次的泥砂水含泥量比实验一少很多，目的是为了尝试净化后达到自来水的透明度效果。实验观察芦荟分泌出的黏液比仙人掌多，但吸附能力较弱，净化效果虽然显著，但不及仙人掌的效果好。因此吸附功能仙人掌最优，芦荟其次，明矾最差。

经过“砂石过滤器”的过滤，明矾半溶解于水中，所以过滤后的水比泥砂水多10ml。水质纯净度仙人掌最佳，芦荟其次，明矾和泥砂水沉淀效果都不好。

PH试纸测出仙人掌属中性，芦荟为酸性，明矾酸性更高。根据我网上查询，饮用水PH值是7.0-8.2之间最佳，因此含有仙人掌的水质最佳并是可以饮用的。

饮用水TDS值与纯度测试笔检测和矿物质检测，仅做初次尝试试验数据，不作为科学依据。数据显示仙人掌TDS值高，结合PH酸碱度测试，我觉得含仙人掌净化后的水是可以饮用的，排除TDS无法检测出的安全性。

通过以上试验，让我更准确的了解所得到的是什么性质的水质，虽然我的测试工具没有专业判定，但此次试验结果，我将作为以后水质检测的参考。

实验四：仙人掌对不同水质的净化反应

●材料准备：

变质茶水、紫药水、墨汁水、颜料水、洗衣水、雨水、试管、试管架、仙人掌、厨用电子秤、量杯、玻璃棒、漏斗

●试验方法：

对比试验、图片记录

●试验步骤：

第一步：对比组40ml小试管：①变质茶水、②紫药水、③墨汁水、④颜料水、⑤洗衣水、⑥雨水；

第二步：在每组对应的实验组的大试管溶液中加入5g仙人掌去皮果肉颗粒。

●实验四观察分析：

对比组：

①变质茶水：存放一周的茶水，颜色淡黄色，水中有茶叶杂质和变质霉菌。

②紫药水：自来水中滴了7滴紫药水，颜色深紫色。

③墨汁水：自来水中滴了7滴墨汁，颜色黑色。

④颜料水：自来水中滴了7滴彩色笔颜料，颜色红色。

⑤洗衣水：妈妈洗衣服剩下的脏水，含有洗衣粉、肥皂、洗衣液、衣服

掉色的混合水。

⑥雨水：下雨天我接的雨水，雨水相对干净，接近自来水的透明度，没有明显的杂质。

实验组：

①变质茶水：变质茶水试管中加入5g仙人掌后，仙人掌颗粒漂浮在水上部，水中杂质跟随果肉悬浮在一起，有少量沉淀在试管底部。

②紫药水：紫药水试管中加入5g仙人掌果肉，5分钟时仙人掌果肉沉淀在水底，24小时后果肉被染上紫色，紫药水从深紫色变成深蓝色。

③墨汁水：墨汁水试管中加入5g仙人掌果肉，5分钟时仙人掌果肉沉淀在水底，24小时后果肉被染上黑色，整体墨汁水无改变，依然是黑色。

④颜料水：颜料水试管中在加入5g仙人掌果肉，一部分果肉沉淀，一部分果肉漂浮在水中，红色颜料水无改变，仙人掌少许被染上红色。

⑤洗衣水：洗衣水试管中加入5g仙人掌果肉后，果肉漂浮在水上部，洗衣水依然是浑浊的，无变化，仙人掌没有被染色。

⑥雨水：雨水试管中加入5g仙人掌果肉后，果肉漂浮在水上部，底部有少许沉淀，水质没什么变化。

●实验四结果分析：

通过6种不同颜色但不含泥砂水质的试验，证明仙人掌会被色素染色，不过由于仙人掌是绿色植物，被较浅颜色染色后不是十分明显，较深色素会渗透到仙人掌果肉组织结构中。

试验验证了仙人掌的黏液没有像吸附泥砂尘粒一样主动吸收颜色的功能，不能还原和分解这几种水质的颜色。

因此仙人掌的黏液如实验一分析的原理一样，只能吸附水中带相反电荷的离子，产生物理反应，而不能发生化学反应。

在生活中，清澈的水里掺杂泥砂尘埃等颗粒的同时又被不明颜色染了色，我们就不能利用仙人掌的净水功能汲取其净化后的水，更不建议饮用。

实验五：其它植物的黏液是否有净化功能？

●材料准备：

泥砂水、山药、西瓜、秋葵、厨用电子秤、烧杯、培养皿、小刀、小勺、漏斗、滤纸、砂石过滤器

●试验方法：

对比试验、图片记录、表格记录

●试验步骤：

第一步：用厨用电子秤分别称出15g山药、15g西瓜、15g秋葵，并全部切成1cm3小块。

●实验五观察分析：

对比组：

①号泥砂水原浆，用过滤纸过滤，得到接近自来水一样清澈的45ml水（由于泥砂太过细腻，滤纸密度小，过滤过程十分漫长）。

实验组：

②号西瓜：西瓜多汁，汁含水份多，黏液不明显，不能吸附泥沙；

③号秋葵：秋葵分泌的黏液多，透明的黏液，泥砂跟随黏液一起混在一块会有少量被粘液吸附，在被子下面可以看到丝状，一捞起来就看得不明显，因为整杯水都成黏液状了；

④号山药：山药分泌的黏液少，山药表面附着少量泥砂，不排除泥砂沉淀后附着在上面。

可以看出，仙人掌和前面的芦荟两种植物有吸附泥沙的能力，而西瓜，山药秋葵并不具备同它们一样的吸附泥砂的功能。

净化能力的未来

●我的实验总结：

实验一了解了仙人掌“吸附”、“净化”泥砂水的原理；实验二用块状仙人掌越多越能快速的吸附，而不建议用捣碎获得的更多泥絮状黏液，因为无法做分离处理；实验三用也具有净化功能的芦荟和食用明矾来做对比，证明了仙人掌的净水效果最佳；实验四尝试仙人掌对其他6种不含泥砂不同颜色状态的水质的作用，结果证明仙人掌的黏液只有吸附泥砂的净化能力，没有吸收颜色的功能；实验五我好奇其他植物的汁液是否具有同芦荟和仙人掌一样的功能，通过试验山药、西瓜、秋葵所含的汁液不具备吸附泥砂的功能。

对仙人掌的深入研究，不仅让我感叹这“沙漠英雄花”的功能如此强大，也在想它净化功能在其他领域的利用，据我所知，仙人掌的功能相当于明矾的效果，但明矾含有铝离子，被人食用后不能排出体外，久而久之有慢性毒副作用，对人体有害，而仙人掌无毒无害，可以食用，如果可以用仙人掌代替明矾，会不会更安全？不过在我实验的过程中，存放2天的仙人掌就变质了，会发臭，黏液也不那么干净！看来仙人掌替代明矾等其他凝絮剂的道路上还要好好研究研究呀！

仙人掌去皮也是一件很麻烦的事，后来我将整块的仙人掌碾碎得到其黏液，投入妈妈洗菜剩下的水，其实洗菜水只含有蔬菜瓜果上的泥土，我利用仙人掌的黏液吸附了水里的泥土，粗略滤出黏液，直接丢弃沉淀的杂质，倒出剩下的水再收集起来利用，比之前直接使用，干净了很多，可以使用的地方也多了。

我的实验课题不仅让我了解了仙人掌和它的净水功能，也对污水净化产生了想法，我的实验目的不应止步于测验阶段，如同我当初的研究起因，我是想为节约和循环利用水资源开启的试验。

在我们家，奶奶用淘米、洗菜后的水洗碗洗锅；妈妈会把洗衣服的水存在水桶里方便冲厕所；洗衣机甩干时流出的水，爸爸会自觉地去拖地；我也是在阳台上放个空桶收集雨水来浇灌我养殖的花草盆栽。

我算了一下发现即使这样节约用水，我们家平均每月用水量达7吨左右。而被污染了的水，循环再利用也只能使用一次，最后有脏污的黑水连马桶都不想冲，因为把马桶染脏了，还得用水再清洗，反而更浪费了。

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