211service.com
Czysta woda dla rozwijającego się świata
Filtr do wody opracowywany na Uniwersytecie Stanforda szybko i bez zatykania usuwa bakterie z wody – i może prowadzić do prostej i niedrogiej metody oczyszczania wody dla krajów rozwijających się. Urządzenie, które wykorzystuje kawałek bawełny pokryty atramentem nanomateriałowym, zabija bakterie za pomocą pola elektrycznego, ale zużywa tylko 20 procent mocy wymaganej przez filtry ciśnieniowe.
Szybka sterylizacja: Badacz ze Stanford nalewa wodę przez lejek wyposażony w bawełniany filtr z nanorurek, który szybko zabija bakterie. Czerwone przewody dostarczają energię elektryczną do urządzenia, które wykorzystuje pola elektryczne do przebijania bakterii.
Co najmniej miliard ludzi ma dostęp tylko do wody skażonej patogenami lub zanieczyszczeniami. Mówi się, że istnieje ogromne zapotrzebowanie na wyjątkowo wytrzymały, tani materiał filtrujący, który nie wymaga dużej mocy Mark Shannon , który kieruje ośrodkiem zaawansowanych materiałów do oczyszczania wody na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign. Większość miejsc, które tego najbardziej potrzebują, nie ma elektryczności w ogóle lub co najwyżej kilka godzin dziennie, mówi Shannon, która nie jest zaangażowana w badania.
Filtr opracowany przez naukowców ze Stanford stara się ulepszyć inne systemy punktów poboru do usuwania bakterii poza scentralizowanymi urządzeniami do uzdatniania wody. Istnieją dwie główne metody chemiczne: dodanie chloru do wody w celu zabicia bakterii lub dodanie żelaza, które powoduje zbrylanie się bakterii, dzięki czemu można je łatwo usunąć. Metody chemiczne są trudne, ponieważ wymagają szkolenia i ciągłego dostarczania chemikaliów.
Natomiast filtracja jest atrakcyjna, ponieważ jest prosta. Jednak większość metod filtracji w miejscu użycia usuwa bakterie z wody, wykluczając organizmy według wielkości. Takie filtry z czasem zapychają się i działają bardzo wolno, chyba że energochłonne pompowanie przepycha wodę. Filtr Stanford, napędzany grawitacją, ma wystarczająco duże pory, aby umożliwić wysoki przepływ – około 100 000 litrów na godzinę. Wykorzystuje impulsy elektryczne do inaktywacji bakterii, wybijając dziury w ich ścianach komórkowych. Badania prowadzone były przez profesorów materiałoznawstwa i inżynierii ze Stanford Yi Cui oraz Sarah Heilshorn .
Aby zrobić filtr, naukowcy zanurzają kawałek waty w atramencie z nanorurek węglowych na bazie wody, pozostawiają do wyschnięcia, a następnie zanurzają go w atramencie z nanodrutami srebrowymi na bazie alkoholu i ponownie pozostawiają do wyschnięcia. Cui i inni zastosowali podobne metody zanurzania do wytwarzania papierowo-nanorurkowych elektrod akumulatorowych i tekstyliów z nanorurek. Długie, wąskie nanorurki i nanodruty zaplątują się we włókna.
Do tej pory naukowcy testowali filtry, wpychając je do szklanego lejka zamontowanego nad zlewką. Filtr jest podłączony do przewodów elektrycznych, aby zapewnić napięcie podczas wlewania wody przez lejek. Cui twierdzi, że może być zasilany akumulatorami samochodowymi lub panelami słonecznymi.
Grupa Cui przetestowała filtr pod kątem wysokich stężeń E coli . W tych wstępnych testach, opisanych online w czasopiśmie Litery nano filtr inaktywował około 98 procent bakterii. Nawet pojedyncza bakteria może wywołać chorobę, więc nie jest to wystarczająco dobre do zastosowania w terenie, ale Cui ma nadzieję ulepszyć filtry.
Cui nie jest pewien, jak działa filtr, ale wie, że oba materiały są razem lepsze. Od dawna wiadomo, że srebro ma właściwości przeciwdrobnoustrojowe, a nanorurki węglowe są wysoce przewodzące. Można przypuszczać, że na końcach srebrnych nanodrutów powstają bardzo silne lokalne pola elektryczne, które przebijają ściany komórek. Gdy prąd jest wyłączony, srebro zapobiega zanieczyszczaniu powierzchni przez bakterie, co jest częstym problemem w przypadku filtrów.
Nie przeprowadzono ostatecznych badań wpływu wodnych nanorurek węglowych i nanodrutów srebra na ludzi i organizmy niższe; eksperymenty z unoszącymi się w powietrzu nanorurek węglowych wykazały, że ich wpływ na płuca myszy jest podobny do działania azbestu. Jednak wczesne testy przeprowadzone na tysiącach galonów wody sugerują, że nanomateriały nie przedostają się do wody. Naukowcy przeprowadzą dalsze testy, aby ustalić, czy nanomateriały pozostają w filtrze, czy też z czasem zostają przeniesione do wody.
Uważam, że istnieje ogromny potencjał przełomów technologicznych, takich jak ten, które mogą radykalnie poprawić opcje taniego uzdatniania wody, mówi Kara nelson , profesor inżynierii lądowej i środowiskowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Nelson mówi, że teraz ważne jest, aby przenieść to sprawdzone urządzenie do następnego etapu, poprawiając skuteczność filtra i pokazując, że może on współpracować z szeroką gamą patogenów przenoszonych przez wodę, w tym wirusów i pierwotniaków.
Czad Vecitis , profesor inżynierii środowiska na Uniwersytecie Harvarda, mówi, że najbardziej imponującym aspektem filtra jest jego prędkość. Wielu badaczy uniwersyteckich zajmuje się problemem czystej wody, ale inne rozwiązania o niskim poborze mocy trwają zbyt długo lub są zbyt skomplikowane. Na przykład niektóre systemy wykorzystują katalizator aktywowany światłem do zabijania bakterii w przezroczystych pojemnikach z wodą, które są wystawiane na słońce. Zajmuje to kilka godzin i nie jest łatwo stwierdzić, kiedy sterylizacja została zakończona.