211service.com
Tīrs ūdens jaunattīstības pasaulei
Ūdens filtrs, kas tiek izstrādāts Stenfordas universitātē, ātri un bez aizsērēšanas izņem baktērijas no ūdens, un tas var radīt vienkāršu un lētu ūdens attīrīšanas metodi jaunattīstības valstīm. Ierīce, kurā tiek izmantots kokvilnas gabals, kas apstrādāts ar nanomateriālu tintēm, nogalina baktērijas ar elektriskiem laukiem, bet izmanto tikai 20 procentus no jaudas, kas nepieciešama ar spiedienu darbināmiem filtriem.
Ātra sterilizācija: Stenfordas pētnieks ielej ūdeni caur piltuvi, kas aprīkota ar kokvilnas nanocaurules filtru, kas ātri nogalina baktērijas. Sarkanie vadi nodrošina elektrību ierīcei, kas izmanto elektriskos laukus, lai baktērijās izdurtu caurumus.
Vismaz miljardam cilvēku ir pieejams tikai ūdens, kas ir piesārņots ar patogēniem vai piesārņojumu. Ir milzīga vajadzība pēc ārkārtīgi izturīga, zemu izmaksu filtra materiāla, kam nav nepieciešama liela jauda, saka Marks Šenons , kurš vada modernu materiālu centru ūdens attīrīšanai Ilinoisas Universitātē Urbana-Champaign. Lielākajā daļā vietu, kur tas visvairāk nepieciešams, nav elektrības vispār vai ne vairāk kā pāris stundas dienā, saka Šenons, kurš nav iesaistīts izpētē.
Stenfordas pētnieku izstrādātais filtrs mēģina uzlabot citas izmantošanas sistēmas baktēriju noņemšanai ārpus centralizētām ūdens attīrīšanas iekārtām. Ir divas galvenās ķīmiskās metodes: hlora pievienošana ūdenim, lai iznīcinātu baktērijas, vai dzelzs pievienošana, kas izraisa baktēriju salipšanu, lai tās būtu viegli noņemtas. Ķīmiskās metodes ir sarežģītas, jo tās prasa apmācību un nepārtrauktu ķīmisko vielu piegādi.
Savukārt filtrēšana ir pievilcīga, jo tā ir vienkārša. Bet lielākā daļa filtrēšanas metožu, kas tiek izmantotas izmantošanas vietā, izvada baktērijas no ūdens, izslēdzot organismus pēc izmēra. Šādi filtri laika gaitā aizsērē, un tie darbojas ļoti lēni, ja vien energoietilpīga sūknēšana neizspiež ūdeni cauri. Stenfordas filtram, ko darbina gravitācija, ir pietiekami lielas poras, lai nodrošinātu lielu plūsmas ātrumu – aptuveni 100 000 litru stundā. Tas izmanto elektriskos impulsus, lai inaktivētu baktērijas, iedurot caurumus to šūnu sieniņās. Pētījumu vadīja Stenfordas materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesori Yi Cui un Sāra Heilshorna .
Lai izveidotu filtru, pētnieki iemērc kokvilnas vatelīna gabalu uz ūdens bāzes izgatavotā oglekļa nanocaurules tintē, ļauj tai nožūt, pēc tam iemērc sudraba nanovadu tintē uz spirta bāzes un ļauj atkal nožūt. Cui un citi ir izmantojuši līdzīgas iegremdēšanas metodes, lai izgatavotu papīra nanocaurules akumulatoru elektrodus un nanocaurules tekstilizstrādājumus. Garās, šaurās nanocaurules un nanovadi iekļūst šķiedrās.
Līdz šim pētnieki ir pārbaudījuši filtrus, ievietojot tos stikla piltuvē, kas uzstādīta virs vārglāzes. Filtrs ir pievienots elektrības vadiem, lai nodrošinātu spriegumu, kad ūdens tiek izliets caur piltuvi. Cui saka, ka to varētu darbināt ar automašīnu akumulatoriem vai saules paneļiem.
Cui grupa ir pārbaudījusi filtru pret augstu koncentrāciju E. coli . Šajos provizoriskajos testos, kas aprakstīti tiešsaistē žurnālā Nano burti , filtrs inaktivēja aptuveni 98 procentus baktēriju. Pat viena baktērija var padarīt jūs slimu, tāpēc tas nav pietiekami labs lietošanai uz lauka, taču Cui cer uzlabot filtrus.
Cui nav pārliecināts, kā darbojas filtrs, taču viņš zina, ka abi materiāli ir labāki kopā. Jau sen ir zināms, ka sudrabam piemīt pretmikrobu īpašības, un oglekļa nanocaurules ir ļoti vadošas. Viens minējums ir tāds, ka sudraba nanovadu galā veidojas ļoti spēcīgi lokāli elektriskie lauki, kas caurdur šūnu sienas. Kad elektrība ir izslēgta, sudrabs neļauj baktērijām piesārņot virsmu, kas ir izplatīta problēma ar filtriem.
Nav veikti galīgi pētījumi par ūdens pārneses oglekļa nanocauruļu un sudraba nanovadu ietekmi uz cilvēkiem un zemākiem organismiem; eksperimenti ar gaisā esošām oglekļa nanocaurulēm ir parādījuši, ka to ietekme uz peļu plaušām ir līdzīga azbesta iedarbībai. Taču agrīnie testi ar tūkstošiem galonu ūdens liecina, ka nanomateriāli neizskalojas ūdenī. Pētnieki veiks papildu testus, lai noteiktu, vai nanomateriāli paliek filtrā vai laika gaitā tiek izspiesti ūdenī.
Es uzskatu, ka ir milzīgs potenciāls tādiem tehnoloģiskiem sasniegumiem kā šis, lai ievērojami uzlabotu zemu izmaksu ūdens attīrīšanas iespējas. Kara Nelsone , civilās un vides inženierijas profesors Kalifornijas Universitātē Bērklijā. Nelsons saka, ka tagad ir svarīgi pāriet uz šo koncepcijas pierādījuma ierīci, uzlabojot filtra efektivitāti un parādot, ka tas var darboties ar plašu ūdens izraisītu patogēnu klāstu, tostarp vīrusiem un vienšūņiem.
Čads Vecītis , Hārvardas universitātes vides inženierijas profesors, saka, ka filtra iespaidīgākais aspekts ir tā ātrums. Daudzi universitāšu pētnieki pievēršas tīra ūdens problēmai, taču citi mazjaudas risinājumi prasa pārāk ilgu laiku vai ir pārāk sarežģīti. Piemēram, dažas sistēmas izmanto gaismas aktivētu katalizatoru, lai iznīcinātu baktērijas caurspīdīgos ūdens traukos, kas atrodas saulē. Tas aizņem vairākas stundas, un nav viegli noteikt, kad sterilizācija ir pabeigta.