Новый материал уничтожает 99.9% бактерий в питьевой воде

Слегка модифицированный графитовый нитрид углерода уничтожает почти все бактерии в питьевой воде, используя для этого только солнечный свет.

Чистая вода с пузырьками

Китайские ученые придумали новый метод уничтожения бактерий в воде, который продемонстрировал высокую эффективность и экологическую безопасность. Если направить ультрафиолетовый свет на двумерный лист графитового нитрида углерода, обогащенного молекулами карбоксила и карбонила, то этот новый материал способен за один час очистить 10 литров воды, убивая почти все (99.9%) присутствующие бактерии. Такой способ очистки воды известен как фотокаталитическая дезинфекция, и он считается привлекательной альтернативой существующим системам фильтрации воды. Например, хлорирование и дезинфекция озоном не являются экологически чистыми методами очистки воды.

Дэн Ван, руководитель исследования, говорит, что сегодня поиск экологического способа очистки питьевой воды имеет первостепенное значение, поскольку мир уже начал ощущать на себе ее дефицит, как одно из печальных последствий изменения климата. Применение технологии фотокаталитической дезинфекции может значительно уменьшить дефицит чистой воды.

Как новый материал очищает воду

Принцип работы этой технологии удивительно прост. Некоторые материалы могут использоваться в качестве фотокатализаторов в воде — они поглощают свет и ускоряют кислородные реакции, которые происходят в присутствии света определенной длины волны. Эти реакции производят молекулы, известные как активные формы кислорода (АФК), которые прекрасно убивают микроорганизмы. Существует много эффективных металлических катализаторов, которые можно использовать с этой целью, но, к сожалению, все они оставляют в воде металлические осадки. Между тем неметаллические катализаторы, такие как нанотрубки и графен, считаются более безопасными, но менее эффективными по сравнению с их металлическими аналогами, поскольку не дают достаточного количества АФК, чтобы выполнить работу по дезинфекции воды.

Вода под микроскопом
Бактерии в капле воды, credit: microlabgallery

Теперь исследователи из Китайской академии наук в Пекине и Университета Янчжоу (YZU) в Цзянсу считают, что они наконец-то нашли практичное, эффективное и нетоксичное решение этой проблемы. Модифицированный графитовый нитрид углерода представляет собой синтетический, ультратонкий материал со всеми необходимыми свойствами для поглощения света и производства достаточного количества АФК для уничтожения бактерий. Он в последнее время привлекает к себе все большее внимание ученых из-за его потенциала поглощать энергию.

Исследователи обнаружили, что с помощью света двумерные листы графитового нитрида углерода, обогащенные молекулами карбоксила и карбонила, быстро очищают загрязненную воду. Тесты в лаборатории подтвердили гибель 99.9999% всех бактерий Escherichia coli в течении 30 минут в пробе воды объемом 50 миллилитров. Это в пять раз быстрее, чем любой другой безметалловый фотокатализатор, из всех существующих в настоящее время. Еще один плюс состоит в том, что реакция потребляет только десятую часть катализатора за раз. Авторы исследования пишут, что эта удивительно высокая эффективность также сопоставима с эффективностью лучших фотокатализаторов на основе металлов.

Интересный факт: почти вся бутилированная вода содержит микропластик, такой как полипропилен, полистирол, нейлон и полиэтилентерефталат.

Эффективность обусловлена уникальной структурой нового материала — исследователи загрузили края листов графитового нитрида углерода молекулами карбоксила и карбонила. Под воздействием ультрафиолета и видимого света эффективно производится АФК, которые мы все знаем как перекись водорода. Оказавшись в воде, этот антисептик эффективно убивает бактерии, прорываясь через их клеточные стенки и нанося ущерб внутренностям, после чего безопасно распадается на воду и кислород.

Графитовый нитрид углерода может быть легко синтезирован при низких затратах, а сама система очистки воды на его основе — проста и недорога в сборке. Единственный минус состоит в том, что он не сможет очистить воду от других загрязнений, таких как ионы тяжелых металлов, корректировки pH, минеральные осадки и подобное. Зато этот новый материал эффективно уничтожает 99.9% бактерий в питьевой воде. Поэтому фотокаталитическую дезинфекцию на его основе необходимо использовать паралельно с другими существующими системами для комплексной очистки питьевой воды.

Источник: Chem.

1

Что Вы об этом думаете?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *