Новый метод ускоряет очистку воды до наносекунд

Технология дешевая, безопасная и с нулевым влиянием на окружающую среду. Она может быть интегрирована в электросеть или питаться батареями.

Интересно Новое исследование проливает свет на происхождение жизни на Земле и роль металлов в этом

Как это работает

Обработка электрическим полем (CEFT) применяется для пастеризации пищевых продуктов, но ее не используют для дезинфекции питьевой воды из-за высокой цены. Когда вода и бактерии подвергаются воздействию электричества, клеточная мембрана бактерий действует как конденсатор в цепи.

• Обычно во время обычной обработки электрическим полем из-за низкой проводимости воды наносекундные импульсы не заряжают мембрану достаточно быстро, чтобы убить бактерии.
• Исследователи создали локально усиленное электрическое поле (LEEFT), доставляющее электричество непосредственно к бактериям. Электроды имеют золотые наноразмерные окончания, которые мгновенно создают концентрированные заряды при подключении к электричеству, что позволяет им перемещаться к мембране и гораздо быстрее убивать бактерии.

Что показали тесты

Чтобы проверить технологию, ученые изготовили специальный чип с золотыми элементами по краю электрода и добавили на него тестовые бактерии Staphylococcus, часто встречающиеся в системах водоснабжения. Затем исследователи применили электрические импульсы и наблюдали реакцию в режиме реального времени под микроскопом.

Чип с золотыми элементами / Фото GEORGIA TECH

При подаче электричества напряжением 40 киловольт на сантиметр в течение 200 наносекунд они успешно убили все бактерии. По сравнению с обычной обработкой электрическим полем, LEEFT снижает напряженность прилагаемого электрического поля в восемь раз и сокращает время обеззараживания в 1 миллион раз.

По словам ученых, сверхбыстрое уничтожение бактерий только с помощью наносекундных импульсов было неожиданным. Теоретически наносекундные импульсы слишком коротки, чтобы убить бактерии во время обычной обработки электрическим полем, а для зарядки мембраны нужно время. Но с наноструктурами LEEFT клетки бактерий могут заряжаться непосредственно нанометаллами, быстро дезинфицируя воду.

Почти мгновенное уничтожение бактерий снижает количество электроэнергии, необходимой для очистки воды, что делает его более доступным вариантом. В будущем благодаря этой технологии производство чистой воды сможет меньше вредить окружающей среде.