211service.com
Schoon water voor de derde wereld
Een waterfilter dat aan de Stanford University wordt ontwikkeld, verwijdert bacteriën snel en zonder verstopping uit het water, en zou kunnen leiden tot een eenvoudige en goedkope methode om water voor ontwikkelingslanden te reinigen. Het apparaat, dat een stuk katoen gebruikt dat is behandeld met inkt van nanomateriaal, doodt bacteriën met elektrische velden, maar gebruikt slechts 20 procent van het vermogen dat nodig is voor door druk aangedreven filters.
Snelle sterilisatie: Een Stanford-onderzoeker giet water door een trechter die is uitgerust met een katoen-nanobuisfilter dat bacteriën snel doodt. De rode snoeren leveren elektriciteit aan het apparaat, dat elektrische velden gebruikt om gaten in de bacteriën te prikken.
Minstens een miljard mensen hebben alleen toegang tot water dat besmet is met ziekteverwekkers of vervuiling. Er is een enorme behoefte aan een extreem robuust, goedkoop filtermateriaal dat niet veel stroom vereist, zegt Mark Shannon , die een centrum van geavanceerde materialen voor waterzuivering leidt aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. De meeste plekken die dit het hardst nodig hebben, hebben helemaal geen elektriciteit, of hooguit een paar uur per dag, zegt Shannon, die niet bij het onderzoek betrokken is.
Het door de Stanford-onderzoekers ontwikkelde filter probeert andere point-of-use-systemen voor het verwijderen van bacteriën buiten gecentraliseerde waterbehandelingsfaciliteiten te verbeteren. Er zijn twee belangrijke chemische methoden: het toevoegen van chloor aan het water om de bacteriën te doden, of het toevoegen van ijzer, waardoor de bacteriën gaan klonteren zodat het gemakkelijk kan worden verwijderd. Chemische methoden zijn moeilijk omdat ze training en een continue toevoer van chemicaliën vereisen.
Filtratie daarentegen is aantrekkelijk omdat het eenvoudig is. Maar de meeste point-of-use filtratiemethoden verwijderen bacteriën uit het water door de organismen op grootte uit te sluiten. Dergelijke filters raken na verloop van tijd verstopt en werken erg langzaam, tenzij energie-intensief pompen het water erdoorheen duwt. Het Stanford-filter, dat wordt aangedreven door de zwaartekracht, heeft poriën die groot genoeg zijn voor een hoog debiet - ongeveer 100.000 liter per uur. Het gebruikt elektrische pulsen om bacteriën te inactiveren door gaten in hun celwanden te prikken. Het onderzoek werd geleid door professoren materiaalwetenschap en techniek van Stanford Yi Cui en Sarah Heilshorn .
Om het filter te maken, dopen onderzoekers een stuk wattenstaafje in een op water gebaseerde koolstof-nanobuis-inkt, laten het drogen, dopen het vervolgens in een op alcohol gebaseerde zilver-nanodraad-inkt en laten het opnieuw drogen. Cui en anderen hebben vergelijkbare dompelmethoden gebruikt om batterij-elektroden van papier en nanobuisjes en textiel van nanobuisjes te maken. De lange, smalle nanobuisjes en nanodraden raken verstrikt in de vezels.
Tot nu toe hebben de onderzoekers de filters getest door ze in een glazen trechter te stoppen die boven een beker is gemonteerd. Het filter is aangesloten op elektrische bedrading om een spanning te leveren wanneer water door de trechter wordt gegoten. Cui zegt dat het kan worden aangedreven door autobatterijen of zonnepanelen.
De groep van Cui heeft het filter getest tegen hoge concentraties van E coli . In deze voorlopige tests, online beschreven in het tijdschrift Nano-letters , het filter inactiveerde ongeveer 98 procent van de bacteriën. Zelfs een enkele bacterie kan je ziek maken, dus dat is niet goed genoeg voor gebruik in het veld, maar Cui hoopt de filters te verbeteren.
Cui weet niet precies hoe het filter werkt, maar hij weet dat de twee materialen samen beter zijn. Van zilver is al lang bekend dat het antimicrobiële eigenschappen heeft en koolstofnanobuisjes zijn zeer geleidend. Eén gok is dat er zeer sterke lokale elektrische velden worden gevormd aan de punt van de zilveren nanodraden, die de celwanden doorboren. Wanneer de elektriciteit is uitgeschakeld, voorkomt het zilver dat bacteriën het oppervlak vervuilen, een veelvoorkomend probleem bij filters.
Er zijn geen definitieve onderzoeken gedaan naar de effecten van koolstofnanobuizen in water en zilveren nanodraden op mensen en lagere organismen; experimenten met koolstofnanobuisjes in de lucht hebben aangetoond dat hun effect op de longen van muizen vergelijkbaar is met het effect van asbest. Maar vroege tests op duizenden liters water suggereren dat de nanomaterialen niet in het water uitlogen. De onderzoekers gaan verder testen om te bepalen of de nanomaterialen in het filter blijven zitten of na verloop van tijd in het water terechtkomen.
Ik geloof dat er een enorm potentieel is voor technologische doorbraken zoals deze om de opties voor goedkope waterbehandeling drastisch te verbeteren, zegt Kara nelson , hoogleraar civiele techniek en milieutechniek aan de University of California, Berkeley. Nu is het belangrijk om dit proof-of-concept-apparaat naar de volgende stap te brengen, zegt Nelson, door de doeltreffendheid van het filter te verbeteren en aan te tonen dat het kan werken met een breed scala aan watergedragen pathogenen, waaronder virussen en protozoa.
Tsjaad Vecitis , hoogleraar milieutechniek aan de Harvard University, zegt dat het meest indrukwekkende aspect van het filter de snelheid is. Veel universitaire onderzoekers pakken het schoonwaterprobleem aan, maar andere energiezuinige oplossingen duren te lang of zijn te complex. Sommige systemen gebruiken bijvoorbeeld een door licht geactiveerde katalysator om bacteriën te doden in heldere containers met water die in de zon staan. Dit duurt enkele uren en het is niet gemakkelijk te zeggen wanneer de sterilisatie is voltooid.