Ученые изобрели многоразовый порошок для быстрой дезинфекции воды с помощью солнечного света
По меньшей мере 2 миллиарда человек во всем мире регулярно пьют воду, зараженную болезнетворными микробами. Ученые Стэнфордского университета изобрели недорогой, пригодный для вторичной переработки порошок, который убивает тысячи бактерий в воде в секунду при воздействии обычного солнечного света.
Открытие этого сверхбыстрого дезинфицирующего средства может стать значительным шагом вперед для почти 30 процентов населения мира, не имеющего доступа к безопасной питьевой воде, утверждает команда Стэнфордского университета. Их результаты опубликованы в журнале Nature Water.
«Заболевания, передающиеся через воду, являются причиной 2 миллионов смертей в год, большинство из которых приходится на детей в возрасте до 5 лет», — сказал соавтор исследования Тонг Бай, — «Мы считаем, что наша новая технология будет способствовать революционным изменениям в области дезинфекции воды и вдохновит на новые инновации».
Традиционные технологии очистки воды включают химикаты, которые могут производить токсичные побочные продукты, и ультрафиолетовый свет, который занимает относительно много времени для дезинфекции и требует источника электроэнергии.
Новое дезинфицирующее средство, разработанное в Стэнфорде, представляет собой безвредный металлический порошок, который работает за счет поглощения ультрафиолетового и высокоэнергетического видимого света солнца. Порошок состоит из наноразмерных хлопьев оксида алюминия, сульфида молибдена, меди и оксида железа. Главная инновация заключается в том, что при погружении в воду все они функционируют вместе.
После поглощения солнечных фотонов катализатор из сульфида молибдена/меди работает как полупроводник/металл, позволяя фотонам выбивать электроны. Освобожденные электроны затем вступают в реакцию с окружающей водой, образуя перекись водорода и гидроксильные радикалы — одну из наиболее биологически разрушительных форм кислорода. Образовавшиеся химические вещества быстро убивают бактерии, серьезно повреждая их клеточные мембраны.
Для исследования команда из Стэнфорда использовала 200 миллилитров стакана воды комнатной температуры, загрязненной примерно 1 миллионом бактерий кишечной палочки на 1 мл.
«Мы размешали порошок в загрязненной воде», — говорит соавтор исследования Бофей Лю. «Затем мы провели тест на дезинфекцию при реальном солнечном свете, и в течение 60 секунд не было обнаружено ни одной живой бактерии».
По его словам, порошкообразные нанохлопья могут быстро перемещаться, вступать в физический контакт с большим количеством бактерий и быстро убивать их.
Химические побочные продукты, образующиеся под воздействием солнечного света, также быстро рассеиваются.
Нетоксичный порошок также можно перерабатывать. Оксид железа позволяет удалять нанохлопья из воды с помощью обычного магнита. В ходе исследования ученые использовали магнит, чтобы собрать один и тот же порошок 30 раз для обработки 30 различных образцов загрязненной воды.
«Туристы и путешественники могут носить с собой крошечное количество порошка и маленький магнит», — сказал Цуй. «Вы кладете порошок в воду, немного взбалтываете его под солнечными лучами и через минуту получаете воду, пригодную для питья. А затем используете магнит, чтобы извлечь частицы для дальнейшего использования».
Команда из Стэнфорда планирует испытать новый порошок на других патогенах, передающихся через воду, включая вирусы простейших паразитов, которые также вызывают серьезные заболевания и смерть.