Новий метод прискорює очищення води до наносекунд

Технологія дешева, безпечна та з нульовим впливом на навколишнє середовище. Вона може бути інтегрована в електромережу або живитися від батарей.

Цікаво Нове дослідження проливає світло на походження життя на Землі та роль металів у цьому

Як це працює

Обробка електричним полем (CEFT) застосовується для пастеризації харчових продуктів, але її не використовують для дезінфекції питної води через завелику ціну. Коли вода і бактерії піддаються впливу електрики, клітинна мембрана бактерій діє як конденсатор у ланцюзі.

• Зазвичай під час звичайної обробки електричним полем через низьку провідність води наносекундні імпульси не заряджають мембрану досить швидко, щоб убити бактерії.
• Дослідники створили локально посилене електричне поле (LEEFT), яке доставляє електрику безпосередньо до бактерій. Електроди мають золоті нанорозмірні закінчення, які миттєво створюють концентровані заряди під час під'єднання до електрики, що дає їм змогу переміщатися до мембрани та набагато швидше вбивати бактерії.

Що показали тести

Щоб перевірити технологію, вчені виготовили спеціальний чип із золотими елементами по краю електрода й додали на нього тестові бактерії Staphylococcus, що часто трапляються в системах водопостачання. Потім дослідники застосували електричні імпульси й спостерігали за реакцією в режимі реального часу під мікроскопом.

Чип із золотими елементами / Фото GEORGIA TECH

При подачі електрики напругою 40 кіловольтів на сантиметр протягом 200 наносекунд вони успішно вбили всі бактерії. Порівняно зі звичайною обробкою електричним полем, LEEFT знижує напруженість прикладеного електричного поля у вісім разів і скорочує час знезараження в 1 мільйон разів.

За словами вчених, таке надшвидке знищення бактерій тільки за допомогою наносекундних імпульсів було несподіваним. Теоретично наносекундні імпульси занадто короткі, щоб вбити бактерії під час звичайної обробки електричним полем, а для зарядки мембрани потрібен час. Але з наноструктурами LEEFT клітини бактерій можуть заряджатися безпосередньо нанометалом, швидко дезінфікуючи воду.

Майже миттєве знищення бактерій знижує кількість електроенергії, необхідної для очищення води, що робить його більш доступним варіантом. У майбутньому завдяки цій технології виробництво чистої води зможе менше шкодити навколишньому середовищу.