پودر کم هزینه و قابل بازیافت از نور خورشید برای کشتن هزاران باکتری موجود در آب استفاده می کند

حداقل 2 میلیارد نفر در سراسر جهان به طور معمول آب آلوده به میکروب های بیماری زا می نوشند.

اکنون دانشمندان دانشگاه استنفورد پودری کم‌هزینه و قابل بازیافت اختراع کرده‌اند که با قرار گرفتن در معرض نور خورشید، هزاران باکتری موجود در آب را در هر ثانیه از بین می‌برد. به گفته تیم استنفورد، کشف این ماده ضد عفونی کننده فوق سریع می تواند پیشرفت قابل توجهی برای تقریبا 30 درصد از جمعیت جهان بدون دسترسی به آب آشامیدنی سالم باشد. نتایج آنها در مطالعه 18 مه در منتشر شده است آب طبیعت.

بیماری های منتقله از طریق آب سالانه مسئول 2 میلیون مرگ و میر هستند که اکثریت آن در کودکان زیر 5 سال است. ما نویسنده، محقق سابق فوق دکتری علوم و مهندسی مواد (MSE) در دانشکده مهندسی استنفورد معتقدیم که فناوری جدید ما تغییرات انقلابی را تسهیل می کند. در گندزدایی آب و الهام بخشیدن به نوآوری های بیشتر در این زمینه بین رشته ای هیجان انگیز.”

تانگ وو، نویسنده ارشد مطالعه، محقق سابق پسا دکتری علوم و مهندسی مواد (MSE) در دانشکده مهندسی استنفورد

فن‌آوری‌های متعارف تصفیه آب شامل مواد شیمیایی است که می‌تواند محصولات جانبی سمی تولید کند، و نور فرابنفش که زمان نسبتاً طولانی‌ای برای ضدعفونی کردن آن طول می‌کشد و به منبع برق نیاز دارد.

ضدعفونی‌کننده جدیدی که در استنفورد ساخته شده است، یک پودر فلزی بی‌ضرر است که با جذب اشعه ماوراء بنفش و نور مرئی پرانرژی از خورشید کار می‌کند. این پودر متشکل از تکه های نانویی اکسید آلومینیوم، سولفید مولیبدن، مس و اکسید آهن است.

یی کوی، نویسنده ارشد، پروفسور مؤسسان Fortinet در MSE و علوم و مهندسی انرژی در دانشکده پایداری استنفورد دوئر، گفت: «ما فقط از مقدار کمی از این مواد استفاده کردیم. “مواد کم هزینه و نسبتا فراوان هستند. نوآوری کلیدی این است که وقتی در آب غوطه ور می شوند، همه آنها با هم کار می کنند.”

سریع، غیر سمی و قابل بازیافت

پس از جذب فوتون‌ها از خورشید، کاتالیزور سولفید مولیبدن/مس مانند یک اتصال نیمه‌رسانا/فلز عمل می‌کند و فوتون‌ها را قادر می‌سازد تا الکترون‌ها را جابجا کنند. سپس الکترون‌های آزاد شده با آب اطراف واکنش می‌دهند و پراکسید هیدروژن و رادیکال‌های هیدروکسیل تولید می‌کنند که یکی از مخرب‌ترین شکل‌های اکسیژن است. مواد شیمیایی تازه تشکیل شده به سرعت باکتری ها را با آسیب جدی به غشای سلولی آنها می کشند.

برای این مطالعه، تیم استنفورد از 200 میلی لیتر استفاده کردند [6.8 ounce] لیوان آب با دمای اتاق حدود 1 میلیون E. coli باکتری در هر میلی لیتر [.03 oz.].

Bofei Liu، یکی از نویسندگان ارشد، یک فوق دکترای سابق MSE گفت: “ما پودر را در آب آلوده به هم زدیم.” سپس آزمایش ضد عفونی را در محوطه دانشگاه استنفورد در نور واقعی خورشید انجام دادیم و در عرض 60 ثانیه هیچ باکتری زنده ای شناسایی نشد.

او افزود که نانوفلکه های پودری می توانند به سرعت حرکت کنند، با بسیاری از باکتری ها تماس فیزیکی برقرار کنند و آنها را سریع از بین ببرند.

محصولات جانبی شیمیایی تولید شده توسط نور خورشید نیز به سرعت از بین می روند.

کوی گفت: “عمر پراکسید هیدروژن و رادیکال های هیدروکسی بسیار کوتاه است.” “اگر آنها بلافاصله باکتری برای اکسید شدن پیدا نکنند، مواد شیمیایی به آب و اکسیژن تجزیه می شوند و در عرض چند ثانیه دور ریخته می شوند. بنابراین می توانید بلافاصله آب را بنوشید.”

پودر غیر سمی نیز قابل بازیافت است. اکسید آهن این امکان را فراهم می کند که نانوفلکه ها با آهنربای معمولی از آب خارج شوند. در این مطالعه، محققان از مغناطیس برای جمع آوری پودر یکسان 30 بار برای تصفیه 30 نمونه مختلف آب آلوده استفاده کردند.

کوی می‌گوید: «برای کوهنوردان و کوله‌گردان‌ها، می‌توانم مقدار کمی پودر و یک آهن‌ربای کوچک حمل کنم. در طول روز که پودر را در آب قرار می دهید، آن را کمی زیر نور خورشید تکان دهید و در عرض یک دقیقه آب آشامیدنی خواهید داشت. از آهنربا برای خارج کردن ذرات برای استفاده بعدی استفاده می کنید.

او افزود که این پودر ممکن است در تصفیه خانه های فاضلاب که در حال حاضر از لامپ های UV برای ضدعفونی آب تصفیه شده استفاده می کنند، مفید باشد.

کوی گفت: “در طول روز گیاه می تواند از نور خورشید قابل مشاهده استفاده کند، که بسیار سریعتر از UV عمل می کند و احتمالا در مصرف انرژی صرفه جویی می کند.” ساختن نانوفلکه‌ها نسبتاً آسان است و می‌توان آن‌ها را به سرعت با یک تن افزایش داد.

مطالعه بر روی E. coli، که می تواند باعث بیماری شدید دستگاه گوارش شود و حتی می تواند تهدید کننده زندگی باشد. آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده حداکثر هدف سطح آلاینده را برای آن تعیین کرده است E. coli در آب آشامیدنی صفر تیم استنفورد قصد دارد پودر جدید را بر روی سایر پاتوژن‌های موجود در آب، از جمله ویروس‌ها، تک یاخته‌ها و انگل‌هایی که باعث بیماری‌های جدی و مرگ می‌شوند، آزمایش کند.