Безпечна питна вода для всіх: недорогий порошок вбиває бактерії за допомогою сонячного світла

Вчені зі Стенфордського університету та Національної прискорювальної лабораторії SLAC розробили економічно вигідний порошок, придатний для вторинної переробки, який ефективно знищує тисячі бактерій у воді за секунду під впливом звичайного сонячного світла. Це революційне відкриття може мати значний вплив на приблизно 30 відсотків населення планети, які не мають доступу до безпечної питної води, пише Technology Networks.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

За словами Тонга Ву (Tong Wu), співавтора дослідження і колишнього докторанта в галузі матеріалознавства та інженерії в Стенфордській школі інженерії, хвороби, що передаються через воду, щорічно забирають життя 2 мільйонів людей, більшість з яких — діти у віці до 5 років. Ву вважає, що їхня інноваційна технологія має потенціал революціонізувати дезінфекцію води й надихнути на подальший прогрес у цій міждисциплінарній галузі.

Традиційні методи очищення води передбачають використання хімічних речовин, які можуть утворювати шкідливі побічні продукти, або ультрафіолетового світла, що забирає багато часу і залежить від джерела живлення.

Нещодавно розроблений у Стенфорді засіб — це нешкідливий металевий порошок, який функціонує, використовуючи як ультрафіолетове, так і високоенергетичне видиме сонячне світло. Порошок, що складається з нанорозмірних пластівців оксиду алюмінію, сульфіду молібдену, міді та оксиду заліза, демонструє неабияку ефективність.

І Цуй, старший автор дослідження та професор матеріалознавства та інженерії Fortinet Founders, а також енергетичної науки та інженерії в Стенфордській школі сталого розвитку ім. Дорра, наголошує на мінімальній кількості використаних матеріалів. Матеріали, що використовуються, недорогі та легкодоступні. Ключовий прорив полягає в їхній здатності синергічно функціонувати при зануренні у воду.

Коли порошок поглинає фотони сонячного світла, каталізатор із сульфіду молібдену та міді діє як напівпровідниковий/металевий перехід, дозволяючи фотонам витісняти електрони. Вивільнені електрони вступають у реакцію з навколишньою водою, що призводить до утворення перекису водню та гідроксильних радикалів — надзвичайно руйнівної форми кисню. Новоутворені хімічні речовини швидко знищують бактерії, завдаючи значної шкоди їхнім клітинним мембранам.

Щоб оцінити ефективність порошку, команда Стенфорду та SLAC внесла його у 200-мілілітрову склянку з водою кімнатної температури, забруднену приблизно 1 мільйоном бактерій кишкової палички на мл. Під реальним сонячним світлом у кампусі Стенфорда тест на дезінфекцію показав відсутність живих бактерій протягом 60 секунд.

Порошкоподібні нанопластівці демонструють швидкий рух, що дозволяє їм безпосередньо контактувати з численними бактеріями, ефективно знищуючи їх. Крім того, хімічні побічні продукти, що утворюються під дією сонячного світла, швидко розсіюються.

Цуй пояснює, що тривалість життя перекису водню і гідроксильних радикалів є короткою, вони розпадаються на воду і кисень протягом декількох секунд, якщо не стикаються з бактеріями для окислення. Отже, воду, оброблену порошком, можна вживати негайно.

Ба більше, нетоксичний порошок придатний для вторинної переробки. Включення оксиду заліза дозволяє витягувати нанопластівці з води за допомогою звичайного магніту. У своєму дослідженні дослідники використовували магнетизм, щоб зібрати один і той самий порошок 30 разів для обробки 30 різних зразків забрудненої води.

Цуй вважає, що порошок може бути корисним для мандрівників і туристів, які можуть носити з собою невелику кількість порошку і маленький магніт. Помістивши порошок у воду і обережно струшуючи його на сонячному світлі, можна отримати питну воду протягом хвилини. Магніт потім можна використовувати для вилучення частинок для подальшого використання.

Крім того, Цуй припускає, що порошок може знайти застосування на очисних спорудах, які зараз використовують ультрафіолетові лампи для дезінфекції стічних вод. Використання видимого сонячного світла вдень прискорило б процес порівняно з ультрафіолетом і, ймовірно, заощадило б енергію. Нанопластівці відносно прості у виробництві і можуть бути швидко масштабовані, потенційно до тонни.

Хоча дослідження зосереджене на кишковій паличці, бактерії, здатній викликати важкі шлунково-кишкові захворювання і навіть смерть, команда планує протестувати порошок на інших патогенних мікроорганізмах, що переносяться водою, таких як віруси, найпростіші й паразити, які також становлять серйозну загрозу для здоров'я.

Раніше Фокус писав про тиху вбивцю на вашій кухні: вчені попереджають про шкоду алюмінієвої фольги.