Безопасная питьевая вода для всех: недорогой порошок убивает бактерии с помощью солнечного света

Ученые из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC разработали экономически выгодный порошок, пригодный для вторичной переработки, эффективно уничтожающий тысячи бактерий в воде в секунду под влиянием обычного солнечного света. Это революционное открытие может оказать значительное влияние на примерно 30 процентов населения планеты, не имеющих доступа к безопасной питьевой воде, пишет Technology Networks.

В Фокус.Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и увлекательные новости из мира науки!

По словам Тонга Ву (Tong Wu), соавтора исследования и бывшего докторанта в области материаловедения и инженерии в Стэнфордской школе инженерии, болезни, передаваемые через воду, ежегодно уносят жизни 2 миллиона человек, большинство из которых — дети в возрасте до 5 лет. Ву считает, что их инновационная технология обладает потенциалом революционизировать дезинфекцию воды и вдохновить на дальнейший прогресс в этой междисциплинарной отрасли.

Традиционные методы очистки воды предполагают использование химических веществ, которые могут образовывать вредные побочные продукты или ультрафиолетового света, отнимающего много времени и зависящего от источника питания.

Недавно разработанное в Стэнфорде средство — это безвредный металлический порошок, который функционирует, используя как ультрафиолетовый, так и высокоэнергетический видимый солнечный свет. Порошок, состоящий из наноразмерных хлопьев оксида алюминия, сульфида молибдена, меди и оксида железа, демонстрирует большую эффективность.

И Цуй, старший автор исследования и профессор материаловедения и инженерии Fortinet Founders, а также энергетической науки и инженерии в Стэнфордской школе устойчивого развития им. Дорра, отмечает минимальное количество использованных материалов. Используемые материалы недорогие и легкодоступные. Ключевой прорыв заключается в их способности синергически функционировать при погружении в воду.

Когда порошок поглощает фотоны солнечного света, катализатор из сульфида молибдена и меди действует как полупроводниковый/металлический переход, позволяя фотонам вытеснять электроны. Высвобождаемые электроны вступают в реакцию с окружающей водой, что приводит к образованию перекиси водорода и гидроксильных радикалов — чрезвычайно разрушительной формы кислорода. Образовавшиеся химические вещества быстро уничтожают бактерии, нанося значительный вред их клеточным мембранам.

Чтобы оценить эффективность порошка, команда Стэнфорда и SLAC внесла его в 200-милилитровый стакан с водой комнатной температуры, загрязненный примерно 1 миллионом бактерий кишечной палочки на мл. Под настоящим солнечным светом в кампусе Стэнфорда тест на дезинфекцию показал отсутствие живых микробов в течение 60 секунд.

Порошкообразные нанопластинки демонстрируют быстрое движение, что позволяет им напрямую контактировать с многочисленными бактериями, эффективно уничтожая их. Кроме того, химические побочные продукты, которые образуются под действием солнечного света, быстро рассеиваются.

Цуй объясняет, что продолжительность жизни перекиси водорода и гидроксильных радикалов коротка, они распадаются на воду и кислород в течение нескольких секунд, если не сталкиваются с бактериями для окисления. Следовательно, воду, обработанную порошком, можно употреблять немедленно.

Более того, нетоксичный порошок пригоден для вторичной переработки. Включение оксида железа позволяет извлекать нанопластинки из воды с помощью обычного магнита. В своем исследовании исследователи использовали магнетизм, чтобы собрать один и тот же порошок 30 раз для обработки 30 различных образцов загрязненной воды.

Цуй считает, что порошок может быть полезен путешественникам и туристам, которые могут носить с собой небольшое количество порошка и маленький магнит. Поместив порошок в воду и осторожно встряхивая его в солнечном свете, можно получить питьевую воду в течение минуты. Магнит затем можно использовать для извлечения частиц для последующего использования.

Кроме того, Цуй предполагает, что порошок может найти применение на очистных сооружениях, которые используют ультрафиолетовые лампы для дезинфекции сточных вод. Использование видимого солнечного света днем ускорило бы процесс по сравнению с ультрафиолетом и, вероятно, сэкономило бы энергию. Нанопластинки относительно просты в производстве и могут быть быстро масштабированы потенциально до тонны.

Хотя исследование сосредоточено на кишечной палочке, бактерии, способной вызвать тяжелые желудочно-кишечные заболевания и даже смерть, команда планирует протестировать порошок на других переносимых водой патогенных микроорганизмах, таких как вирусы, простейшие и паразиты, которые также представляют серьезную угрозу для здоровья.

Ранее Фокус писал о тихом убийце на вашей кухне: ученые предупреждают о вреде алюминиевой фольги.