Rent vand til udviklingslandene

Et vandfilter under udvikling på Stanford University fjerner bakterier fra vandet hurtigt og uden tilstopning - og kan føre til en enkel og billig metode til at rense vand for udviklingslandene. Enheden, som bruger et stykke bomuld behandlet med nanomateriale blæk, dræber bakterier med elektriske felter, men bruger kun 20 procent af den strøm, der kræves af trykdrevne filtre.

Hurtig sterilisering: En Stanford-forsker hælder vand gennem en tragt udstyret med et bomulds-nanorør-filter, der hurtigt dræber bakterier. De røde ledninger leverer strøm til enheden, som bruger elektriske felter til at stikke huller i bakterierne.

Mindst en milliard mennesker har kun adgang til vand, der er forurenet med patogener eller forurening. Der er et enormt behov for et ekstremt robust, billigt filtermateriale, der ikke kræver meget strøm, siger Mark Shannon , der leder et center for avancerede materialer til vandrensning ved University of Illinois i Urbana-Champaign. De fleste steder, der har mest brug for det, har man slet ikke strøm, eller højst et par timer om dagen, siger Shannon, der ikke er involveret i forskningen.

Filteret udviklet af Stanford-forskerne forsøger at forbedre andre point-of-use-systemer til fjernelse af bakterier uden for centraliserede vandbehandlingsanlæg. Der er to store kemiske metoder: at tilsætte klor til vandet for at dræbe bakterierne, eller tilsætte jern, som får bakterierne til at klumpe sig, så det nemt kan fjernes. Kemiske metoder er vanskelige, fordi de kræver træning og en løbende tilførsel af kemikalierne.

Filtrering er derimod attraktiv, fordi den er enkel. Men de fleste point-of-use filtreringsmetoder flytter bakterier fra vand ved at udelukke organismerne efter størrelse. Sådanne filtre tilstopper med tiden, og de arbejder meget langsomt, medmindre energikrævende pumpning presser vandet igennem. Stanford-filteret, som drives af tyngdekraften, har porer, der er store nok til at tillade en høj flowhastighed - omkring 100.000 liter i timen. Den bruger elektriske impulser til at inaktivere bakterier ved at stikke huller i deres cellevægge. Forskningen blev ledet af Stanford materialevidenskab og ingeniørprofessorer Yi Cui og Sarah Heilshorn .

For at lave filteret dypper forskere et stykke bomuldsvat i en vandbaseret kulstof-nanotube-blæk, lad det tørre, dyp det derefter i en alkoholbaseret sølv-nanowire-blæk og lad det tørre igen. Cui og andre har brugt lignende dypningsmetoder til at fremstille papir-nanorør batterielektroder og nanorør tekstiler. De lange, smalle nanorør og nanotråde bliver viklet ind i fibrene.

Hidtil har forskerne testet filtrene ved at stoppe dem i en glastragt monteret over et bægerglas. Filteret er forbundet til elektriske ledninger for at give en spænding, når vand hældes gennem tragten. Cui siger, at den kunne drives med bilbatterier eller solpaneler.

Cuis gruppe har testet filteret mod høje koncentrationer af E coli . I disse foreløbige test, beskrevet online i journalen Nano bogstaver , inaktiverede filteret omkring 98 procent af bakterierne. Selv en enkelt bakterie kan gøre dig syg, så det er ikke godt nok til brug i marken, men Cui håber at kunne forbedre filtrene.

Cui er ikke sikker på, hvordan filteret fungerer, men han ved, at de to materialer er bedre sammen. Sølv har længe været kendt for at have antimikrobielle egenskaber, og kulstofnanorør er stærkt ledende. Et gæt er, at der dannes meget stærke lokale elektriske felter i spidsen af ​​sølvnanotrådene, der gennemborer cellevæggene. Når strømmen er slukket, forhindrer sølvet bakterier i at tilsmudse overfladen, et almindeligt problem med filtre.

Der har ikke været nogen definitive undersøgelser af virkningerne af vandbårne kulstof-nanorør og sølvnano-tråde på mennesker og lavere organismer; forsøg med luftbårne kulstofnanorør har vist, at deres effekt på musenes lunger ligner effekten af ​​asbest. Men tidlige test på tusindvis af liter vand tyder på, at nanomaterialerne ikke udvaskes i vandet. Forskerne vil udføre yderligere tests for at afgøre, om nanomaterialerne forbliver indhyllet i filteret eller forskydes i vandet over tid.

Jeg tror på, at der er et enormt potentiale for teknologiske gennembrud som dette til dramatisk at forbedre mulighederne for billig vandbehandling, siger Kara nelson , professor i civil- og miljøteknik ved University of California, Berkeley. Nu er det vigtigt at tage denne proof-of-concept-enhed til næste trin, siger Nelson, ved at forbedre filterets effektivitet og demonstrere, at det kan arbejde med en bred vifte af vandbårne patogener, herunder vira og protozoer.

Tchad Vecitis , professor i miljøteknik ved Harvard University, siger, at det mest imponerende aspekt ved filteret er dets hastighed. Mange universitetsforskere adresserer problemet med rent vand, men andre lavenergiløsninger tager for lang tid eller er for komplekse. For eksempel bruger nogle systemer en lysaktiveret katalysator til at dræbe bakterier i klare beholdere med vand, der er sat ud i solen. Dette tager flere timer, og det er ikke nemt at sige, hvornår steriliseringen er færdig.

skjule