Блог

Aug 01, 2023

Нетоксичный порошок использует солнечный свет для быстрой дезинфекции загрязненной питьевой воды.

18 мая 2023 г. · Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

18 мая 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Стэнфордского университета

По меньшей мере 2 миллиарда человек во всем мире регулярно пьют воду, зараженную болезнетворными микробами.

Теперь ученые Стэнфордского университета изобрели недорогой перерабатываемый порошок, который убивает тысячи передающихся через воду бактерий в секунду под воздействием обычного солнечного света. По мнению команды Стэнфорда, открытие этого сверхбыстрого дезинфицирующего средства может стать значительным достижением для почти 30% населения мира, не имеющего доступа к безопасной питьевой воде. Их результаты опубликованы в журнале Nature Water 18 мая.

«Заболевания, передающиеся через воду, являются причиной 2 миллионов смертей ежегодно, большинство из которых приходится на детей в возрасте до 5 лет», — сказал соавтор исследования Тонг Ву, бывший постдокторант в области материаловедения и инженерии (MSE) в Стэнфордской инженерной школе. «Мы верим, что наша новая технология будет способствовать революционным изменениям в дезинфекции воды и вдохновит на новые инновации в этой захватывающей междисциплинарной области».

Обычные технологии очистки воды включают химические вещества, которые могут производить токсичные побочные продукты, и ультрафиолетовое излучение, дезинфекция которого занимает относительно много времени и требует источника электричества.

Новое дезинфицирующее средство, разработанное в Стэнфорде, представляет собой безвредный металлический порошок, который поглощает как УФ-излучение, так и видимый свет высокой энергии. Порошок состоит из наноразмерных чешуек оксида алюминия, сульфида молибдена, меди и оксида железа.

«Мы использовали лишь небольшое количество этих материалов», — сказал старший автор Йи Цуй, профессор-основатель Fortinet MSE и кафедры энергетических наук и инженерии в Стэнфордской школе устойчивого развития Дорра. «Материалы недорогие и их довольно много. Ключевым нововведением является то, что при погружении в воду все они функционируют вместе».

После поглощения солнечных фотонов катализатор сульфид молибдена/меди действует как соединение полупроводник/металл, позволяя фотонам вытеснять электроны. Освободившиеся электроны затем вступают в реакцию с окружающей водой, образуя перекись водорода и гидроксильные радикалы — одну из наиболее биологически разрушительных форм кислорода. Вновь образовавшиеся химические вещества быстро убивают бактерии, серьезно повреждая их клеточные мембраны.

Для исследования команда из Стэнфорда использовала стакан на 200 миллилитров [6,8 унций] с водой комнатной температуры, загрязненной примерно 1 миллионом бактерий E. coli на мл [0,03 унции].

«Мы размешали порошок в загрязненной воде», — рассказал соавтор исследования Бофей Лю, бывший постдок MSE. «Затем мы провели тест на дезинфекцию в Стэнфордском кампусе при реальном солнечном свете, и в течение 60 секунд не было обнаружено ни одной живой бактерии».

Порошкообразные нанохлопья могут быстро перемещаться, вступать в физический контакт с множеством бактерий и быстро их убивать, добавил он.

Химические побочные продукты, образующиеся под воздействием солнечного света, также быстро рассеиваются.

«Время жизни перекиси водорода и гидрокси-радикалов очень короткое», — сказал Цюй. «Если они сразу не обнаружат бактерии, которые можно окислить, химические вещества распадаются на воду и кислород и выбрасываются в течение нескольких секунд. Так что вы можете сразу же выпить воду».

Нетоксичный порошок также подлежит вторичной переработке. Оксид железа позволяет удалять нанохлопья из воды обычным магнитом. В ходе исследования ученые использовали магнетизм, чтобы собрать один и тот же порошок 30 раз и обработать 30 различных образцов загрязненной воды.