Słońce i proszek. To wystarczy do dezynfekcji wody
Naukowcy znaleźli sposób na bezpieczne dla zdrowia uzdatnienie zanieczyszczonej wody. Badanie, które ukazało się w "Nature Water" mówi o innowacyjnym proszku do dezynfekcji. Wystarczy jego odrobina i światło słoneczne.
Problem z dostępem do czystej, pozbawionej chorobotwórczych mikroorganizmów wody pitnej dotyczy co najmniej 2 miliardów osób na całym świecie. Naukowcy ze Stanford University opracowali niedrogi, nietoksyczny, a nawet nadający się do wielokrotnego użytku proszek, który zabija obecne w wodzie mikroorganizmy pod wpływem światła słonecznego.
"Choroby przenoszone przez wodę są odpowiedzialne za 2 miliony zgonów rocznie. Ofiarami są głównie dzieci w wieku poniżej 5 lat – powiedział współautor badania, dr Tong Wu. - Wierzymy, że nasza nowatorska technologia umożliwi rewolucyjne zmiany w dezynfekcji wody i zainspiruje więcej innowacji w tej ekscytującej, interdyscyplinarnej dziedzinie".
Dalsza część artykułu pod materiałem wideo
Do tej pory stosowane technologie nie są wolne od wad
Konwencjonalne technologie uzdatniania wody wykorzystują dezynfekujące substancje chemiczne, które mogą wytwarzać toksyczne produkty uboczne, oraz światło ultrafioletowe, w przypadku którego dezynfekcja zajmuje stosunkowo dużo czasu i wymaga źródła energii elektrycznej.
Nowy środek dezynfekujący opracowany w Stanford to nieszkodliwy metaliczny proszek, który działa dzięki pochłanianiu zarówno promieniowania UV, jak i wysokoenergetycznego światła widzialnego pochodzącego ze słońca. W skład proszku wchodzą nanocząstki tlenku glinu, siarczku molibdenu, miedzi i tlenku żelaza.
"Użyliśmy tylko niewielkiej ilości tych materiałów — powiedział starszy autor, profesor Yi Cui. - Innowacją jest to, że po zanurzeniu w wodzie wszystkie one funkcjonują razem". Jak dodał, drobniutkie cząstki proszku mogą szybko się przemieszczać i wchodzić w fizyczny kontakt z wieloma bakteriami, zabijając je w krótkim czasie.
Proszek jest mieszany z zanieczyszczoną bakteriami wodą, po czym mieszaninę wystawia się na działanie promieni słonecznych, które szybko zabijają bakterie. Po dezynfekcji metaliczny proszek można zebrać magnesem i wykorzystać do dezynfekcji kolejnej porcji wody (wystarczy przytrzymać magnes przy ściance naczynia wylewając oczyszczoną wodę, a potem nalać porcję brudnej wody i rozmieszać proszek).
Po pochłonięciu fotonów światła słonecznego zawarty w proszku katalizator siarczek molibdenu/miedź zachowuje się jak złącze półprzewodnik/metal, umożliwiając fotonom wypieranie elektronów. Uwolnione elektrony reagują następnie z otaczającą wodą, wytwarzając nadtlenek wodoru i rodniki hydroksylowe — jedną z najbardziej agresywnych chemicznie form tlenu. Nowo powstałe związki chemiczne szybko zabijają bakterie, uszkadzając ich błony komórkowe, ale wkrótce ulegają rozpadowi do nieszkodliwych substancji.
Do eksperymentów zespół ze Stanford użył 200-mililitrowej zlewki z wodą o temperaturze pokojowej, zanieczyszczonej około 1 milionem bakterii E. coli na centymetr sześcienny (mililitr). "Wymieszaliśmy proszek z zanieczyszczoną wodą - powiedział współautor, dr Bofei Liu. - Następnie przeprowadziliśmy test dezynfekcji na kampusie Stanforda w świetle słonecznym i w ciągu 60 sekund nie wykryto żadnych żywych bakterii".
Czas życia nadtlenku wodoru i rodników hydroksylowych jest bardzo krótki - zaznaczył prof. Cui. - Jeśli nie napotkają natychmiast bakterii, chemikalia te rozpadają się na wodę i tlen w ciągu kilku sekund. Możesz więc od razu wypić wodę.
Dzięki zawartości tlenku żelaza można usuwać cząstki proszku z wody za pomocą zwykłego magnesu. Autorzy wykorzystali magnes do zebrania tego samego proszku 30 razy w celu oczyszczenia 30 różnych próbek zanieczyszczonej wody.
"W przypadku turystów pieszych mógłbym sobie wyobrazić noszenie niewielkiej ilości proszku i małego magnesu - powiedział Cui. - W ciągu dnia wsypujesz proszek do wody, wstrząsasz nim trochę w świetle słonecznym i w ciągu minuty masz wodę pitną. Używasz magnesu, aby oddzielić cząsteczki do późniejszego wykorzystania".
Jak dodał prof. Cui, proszek mógłby znaleźć zastosowanie także w oczyszczalniach ścieków, które obecnie używają lamp UV do dezynfekcji uzdatnionej wody.
"W ciągu dnia oczyszczalnia mogłaby wykorzystywać widzialne światło słoneczne, które działałoby znacznie szybciej niż ultrafioletowe lampy i prawdopodobnie zaoszczędziłoby energię" - powiedział Cui. Jak dodał, nanocząstki są dość łatwe do wytworzenia".
Badanie koncentrowało się na E. coli, która może powodować poważne choroby żołądkowo-jelitowe, a nawet zagrażać życiu. Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych ustaliła maksymalny docelowy poziom zanieczyszczeń dla E. coli w wodzie pitnej jako zerowy. Zespół ze Stanford chce przetestować skuteczność nowej metody oczyszczania wody także w przypadku innych patogenów, w tym wirusów, pierwotniaków i pasożytów, które również powodują poważne choroby i śmierć.
