211service.com
Rent vatten för utvecklingsländerna
Ett vattenfilter under utveckling vid Stanford University tar bort bakterier från vatten snabbt och utan att täppas igen – och kan leda till en enkel och billig metod för att rengöra vatten för utvecklingsvärlden. Enheten, som använder en bit bomull som behandlats med nanomaterialbläck, dödar bakterier med elektriska fält men använder bara 20 procent av den kraft som krävs av tryckdrivna filter.
Snabb sterilisering: En forskare från Stanford häller vatten genom en tratt utrustad med ett bomulls-nanorörfilter som snabbt dödar bakterier. De röda sladdarna levererar elektricitet till enheten, som använder elektriska fält för att sticka hål i bakterierna.
Minst en miljard människor har bara tillgång till vatten som är förorenat av patogener eller föroreningar. Det finns ett enormt behov av ett extremt robust, billigt filtermaterial som inte kräver mycket kraft, säger Mark Shannon , som leder ett centrum av avancerade material för vattenrening vid University of Illinois i Urbana-Champaign. De flesta ställen som behöver detta mest har ingen el alls, eller högst ett par timmar om dagen, säger Shannon som inte är inblandad i forskningen.
Filtret som utvecklats av Stanford-forskarna försöker förbättra andra system för att ta bort bakterier utanför centraliserade vattenreningsanläggningar. Det finns två viktiga kemiska metoder: att tillsätta klor i vattnet för att döda bakterierna, eller tillsätta järn, vilket gör att bakterierna klumpar sig så att de lätt kan tas bort. Kemiska metoder är svåra eftersom de kräver utbildning och kontinuerlig tillförsel av kemikalierna.
Filtrering, däremot, är attraktivt eftersom det är enkelt. Men de flesta point-of-use filtreringsmetoder flyttar bakterier från vatten genom att utesluta organismerna efter storlek. Sådana filter täpps till med tiden, och de fungerar mycket långsamt om inte energikrävande pumpning trycker igenom vattnet. Stanford-filtret, som drivs av gravitationen, har porer som är tillräckligt stora för att tillåta en hög flödeshastighet – cirka 100 000 liter per timme. Den använder elektriska pulser för att inaktivera bakterier genom att sticka hål i deras cellväggar. Forskningen leddes av Stanford materialvetenskap och ingenjörsprofessorer Yi Cui och Sarah Heilshorn .
För att göra filtret doppar forskarna en bit bomullsvadd i ett vattenbaserat kol-nanorörbläck, låt det torka, doppa det sedan i ett alkoholbaserat silver-nanowire-bläck och låt det torka igen. Cui och andra har använt liknande doppningsmetoder för att tillverka papper-nanorör batterielektroder och nanorörstextilier. De långa, smala nanorören och nanotrådarna fastnar i fibrerna.
Hittills har forskarna testat filtren genom att stoppa in dem i en glastratt monterad över en bägare. Filtret är anslutet till elektriska ledningar för att ge en spänning när vatten hälls genom tratten. Cui säger att den kan drivas med bilbatterier eller solpaneler.
Cuis grupp har testat filtret mot höga koncentrationer av E coli . I dessa preliminära tester, beskrivs online i tidskriften Nanobokstäver filtret inaktiverade cirka 98 procent av bakterierna. Till och med en enda bakterie kan göra dig sjuk, så det är inte tillräckligt bra för användning i fält, men Cui hoppas kunna förbättra filtren.
Cui är inte säker på hur filtret fungerar, men han vet att de två materialen är bättre tillsammans. Silver har länge varit känt för att ha antimikrobiella egenskaper, och kolnanorör är mycket ledande. En gissning är att mycket starka lokala elektriska fält bildas i spetsen av silvernanotrådarna, som tränger igenom cellväggarna. När strömmen är avstängd förhindrar silvret bakterier från att smutsa ner ytan, ett vanligt problem med filter.
Det har inte gjorts några definitiva studier av effekterna av vattenburna kolnanorör och silvernanotrådar på människor och lägre organismer; experiment med luftburna kolnanorör har visat att deras effekt på möss lungor liknar effekten av asbest. Men tidiga tester på tusentals liter vatten tyder på att nanomaterialen inte läcker ut i vattnet. Forskarna kommer att utföra ytterligare tester för att avgöra om nanomaterialen förblir insnärjda i filtret eller försvinner ut i vattnet med tiden.
Jag tror att det finns en enorm potential för tekniska genombrott som detta för att dramatiskt förbättra alternativen för lågkostnadsvattenrening, säger Kara nelson , professor i civil- och miljöteknik vid University of California, Berkeley. Nu är det viktigt att ta den här proof-of-concept-enheten till nästa steg, säger Nelson, genom att förbättra filtrets effektivitet och visa att det kan fungera med ett brett spektrum av vattenburna patogener, inklusive virus och protozoer.
Tchad Vecit , professor i miljöteknik vid Harvard University, säger att den mest imponerande aspekten av filtret är dess hastighet. Många universitetsforskare tar upp problemet med rent vatten, men andra lågeffektlösningar tar för lång tid eller är för komplexa. Till exempel använder vissa system en ljusaktiverad katalysator för att döda bakterier i klara behållare med vatten som står i solen. Detta tar flera timmar och det är inte lätt att säga när steriliseringen är klar.