Солнечный фильтр из нанопроволоки и нанотрубок обеспечивает легкий доступ к чистой питьевой воде

Даже сегодня чистая вода является привилегией для многих людей во всем мире. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), не менее 1,8 миллиарда человек потребляют воду, загрязненную фекалиями, и к 2040 году большая часть мира будет испытывать водный стресс из-за нехватки ресурсов питьевой воды. Между тем, по данным Детского фонда Организации Объединенных Наций (ЮНИСЕФ), около 1800 детей ежедневно умирают от диареи из-за небезопасного водоснабжения, вызывающего такие заболевания, как холера.

Поэтому стало крайне важно разработать эффективные и экономичные способы обеззараживания воды. И это именно то, чего добилась группа ученых во главе с Ласло Форро из EPFL, разработав новый фильтр для очистки воды, который сочетает в себе нанопроволоки из диоксида титана (TiO 2 ) и углеродные нанотрубки, питаемые только солнечным светом.

Ученые впервые показали, что нанопроволоки TiO 2 сами по себе могут эффективно очищать воду в присутствии солнечного света. Но переплетение нанопроволок с углеродными нанотрубками образует композитный материал, который добавляет дополнительный слой обеззараживания за счет пастеризации воды, убивая человеческие патогены, такие как бактерии и крупные вирусы.

Идея состоит в том, что когда ультрафиолетовый свет из видимого спектра солнечного света попадает на фильтр, он заставляет его производить группу молекул, называемых активными формами кислорода (АФК). К ним относятся перекись водорода (H 2 O 2 ), гидроксид (OH) и кислород (O 2 -), которые, как известно, являются эффективными убийцами патогенов.

Процесс фильтрации и стерилизации устройства для очистки воды. Слева пример микроорганизмов, которые обычно загрязняют питьевую воду. Возбудители улавливаются на поверхности фильтра на основе композита нанопроволока-углеродная нанотрубка. Справа иллюстрация того, как УФ-свет генерирует активные формы кислорода на поверхности фильтра УФ-освещения. 

Исследователи протестировали свое устройство с бактериями E. Coli, «золотым стандартом» для исследований выживания бактерий, но оно должно работать и с другими патогенными бактериями, такими как Campylobacter jejuni (частый патоген, вызывающий диарею в развитых странах), Giardia lamblia. (микроорганизм, вызывающий кишечную инфекцию лямблиоз), Salmonella, Cryptosporidium (вызывает диарейный криптоспоридиоз), вирус гепатита А и Legionella pneumophila (вызывает болезнь легионеров). Устройство отлично подходит для удаления всех патогенов из воды и показывает многообещающие результаты даже для удаления микрозагрязнителей, таких как пестициды, остатки лекарств, косметики и т. д.

«В тесном сотрудничестве химиков, физиков и биологов мы разработали очень эффективное устройство для очистки воды, которому не нужен никакой источник энергии, кроме солнечного света», — говорит Форро. «Наш прототип может поставлять чистую питьевую воду даже в отдаленные места для небольшого населения, и его можно легко масштабировать. Это большое достижение, и важным «побочным продуктом» этого проекта является то, что он привлек большое количество талантливых и мотивированных студентов, которые заботятся об экологических проблемах, об устойчивости».

В своей статье, опубликованной в партнерском журнале Nature npj Clean Water, исследователи демонстрируют прототип фильтра и вносят предложения по дальнейшим улучшениям. «Я убежден, что это создаст сильное продолжение в различных научных сообществах и, надеюсь, в финансирующих организациях», — говорит Эндре Хорват, ведущий ученый проекта.

Дополнительная информация: Э. Хорват и др., Очистка солнечной воды с помощью фотокаталитического нанокомпозитного фильтра на основе нанопроволок TiO 2 и углеродных нанотрубок, npj Clean Water (2022). DOI: 10.1038/s41545-022-00157-2

 

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК

Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов

hello@technovery.com