Представиха един милион пъти по-бърз метод за дезинфекция на водата

Безопасната питейна вода е важна за здравето, но традиционните методи за дезинфекция създават редица екологични проблеми. Хлорът например е евтин и лесен за използване в централизираните водни системи, но производството му е опасно, а емисиите от авариите са смъртоносни за хората. Изследователи от Технологичния институт в Джорджия откриха начин за използване на краткотрайни електрически разряди за дезинфекция на водата. Технологията е евтина, безопасна, има нулево въздействие върху околната среда и може да бъде интегрирана в електрическата мрежа и дори захранвана от батерии.

Традиционната обработка с електрическо поле (conventional electric field treatment, CEFT) се използва за пастьоризиране на хранителните продукти, но не се използва за дезинфекция на питейна вода, тъй като е твърде скъпа. Когато водата и бактериите са подложени на въздействието на електричеството, клетъчната мембрана на бактериите действа като кондензатор във веригата. Обикновено при конвенционалното третиране с електрическо поле, поради ниската проводимост на водата, наносекундните импулси не зареждат мембраните достатъчно бързо, за да убият бактериите.

Изследователите са създали локално усилено електрическо поле (LEEFT), което прилага електрически ток директно към бактериите. Електродите имат златни наноконуси, които мигновено създават концентрирани заряди, когато са свързани с източник на електрическа енергия, което им позволява да се придвижат до мембраната и мигновено да убият бактериите.

За да изпробват новата технология, учените са направили специален чип със златни наноконуси по краищата на електрода и са добавили към него моделните бактерии Staphylococcus, които често се срещат във водоснабдителните системи. След това изследователите са приложили краткотрайни електрически импулси и в реално време под микроскоп са наблюдавали реакцията на бактериите.

При прилагане на електричество с напрежение 40 киловолта на сантиметър в продължение на 200 наносекунди 95% от наноконусите успешно убиват всички бактерии. В сравнение с конвенционалното третиране с електрическо поле, LEEFT намалява силата на приложеното електрическо поле осем пъти и съкращава времето за обеззаразяване 1 милион пъти.

Според учените това свръхбързо унищожаване на бактериите единствено с помощта на наносекундни импулси е било неочаквано. Теоретично наносекундните импулси са твърде кратки, за да унищожат бактериите с конвенционално третиране с електрическо поле, а и е необходимо време, за да се зареди мембраната, която е част от капацитивната връзка. Но с помощта на наноконусите и наноструктурите на LEEFT бактериалните клетки се зареждат директно, което изключително бързо дезинфекцира водата.

Почти мигновеното унищожаване на бактериите силно намалява количеството електроенергия, необходимо за дезинфекция на водата, което го прави по-достъпен вариант. В бъдеще производството на чиста вода може да бъде на практика безвредно за околната среда благодарение на тази интересна нова технология.