Około 4,4 miliarda ludzi na świecie nie ma bezpiecznego dostępu do wody pitnej. Ten cichy, ale uporczywy brak pogłębia rozprzestrzenianie się chorób i ogranicza rozwój milionów społeczności. W tym kontekście poszukiwanie skutecznych metod eliminacji bakterii z wody staje się priorytetem dla nauki.
Tradycyjna dezynfekcja zazwyczaj opiera się na stacjach uzdatniania wody, filtrach chemicznych lub energii elektrycznej. Jednak w wielu obszarach wiejskich, odległych lub dotkniętych klęskami żywiołowymi, systemy te są niewykonalne ze względu na koszty lub brak infrastruktury. Stąd znaczenie technologii zdolnej do oczyszczania wody bez konieczności ponoszenia dużych nakładów finansowych.
Jak działa nowy system, który w krótkim czasie eliminuje 99,9% bakterii z wody?
Zespół z Uniwersytetu Sun Yat-sen opracował samopływające folie fotokatalityczne wykonane z polimerowego materiału koniugowanego o nazwie Cz-AQ.
W badaniu, opublikowanym w czasopiśmie Nature Water, podkreślono, że materiał ten może być ponownie wykorzystany ponad 50 razy bez utraty skuteczności, co czyni go ekonomiczną i zrównoważoną alternatywą dla innych metod oczyszczania.
Ten fotokatalizator generuje organiczne rodniki skupione wokół tlenu, znane jako OCOR, które są w stanie utrzymać swoją aktywność przez prawie 14 minut, co jest wyjątkowym wynikiem w porównaniu z konwencjonalnymi rodnikami, które znikają w ułamku sekundy.
Dzięki tej stabilności system zapewnia głęboką i trwałą dezynfekcję zanieczyszczonej wody. Przeprowadzone testy wykazały, że w ciągu zaledwie 40 minut i przy słabym świetle słonecznym folie wyeliminowały ponad 99,995% bakterii z wody, takich jak E. coli i Staphylococcus aureus.
Ponadto uzdatniona woda pozostawała wolna od mikroorganizmów przez co najmniej pięć dni, co zmniejsza ryzyko ponownego zakażenia.
Zalety tego nowatorskiego systemu w porównaniu z poprzednimi technologiami eliminacji bakterii z wody
Jedną z głównych przeszkód w dezynfekcji słonecznej była zależność od intensywnego promieniowania. Tradycyjne materiały, takie jak dwutlenek tytanu (TiO₂) lub grafen, traciły skuteczność w warunkach słabego oświetlenia, co ograniczało ich zastosowanie w rzeczywistych warunkach.
Nowa folia fotokatalityczna rozwiązuje ten problem. Unosząc się na powierzchni wody, maksymalizuje pochłanianie światła słonecznego, nawet w pochmurne dni lub przy słabym promieniowaniu.
Ta strategiczna pozycja zapewnia optymalną ekspozycję na fotony i ciągłe wytwarzanie rodników dezynfekujących, gwarantując skuteczne usuwanie bakterii z wody bez konieczności dostarczania dodatkowej energii.
Naukowcy szacują, że jedna folia może zapewnić bezpieczną wodę dla czterech lub pięciu osób dorosłych dziennie, bez konieczności stosowania energii elektrycznej, filtrów lub środków chemicznych.
Cechy te zwiększają potencjalne zastosowanie w społecznościach wiejskich, obozach dla uchodźców lub obszarach dotkniętych klęskami żywiołowymi.
Wydajność, zrównoważony rozwój i możliwe zastosowania tego fotokatalizatora
Trwałość systemu jest kolejną z jego mocnych stron. Rodniki organiczne skupione wokół tlenu nie atakują samego fotokatalizatora, zapobiegając jego degradacji i zapewniając stabilność działania przez dziesiątki cykli użytkowania. Ta właściwość przyczynia się do zmniejszenia kosztów i ilości odpadów, co wzmacnia jego wartość pod względem zrównoważonego rozwoju środowiska.
Eksperci wskazują, że technologia ta może być również stosowana w procesach remediacji środowiska i sterylizacji medycznej, wykorzystując tę samą chemię rodników do długotrwałego eliminowania patogenów.
Niskie koszty utrzymania i odporność na niekorzystne warunki sprawiają, że jest ona szczególnie odpowiednia dla środowisk o ograniczonych zasobach lub ograniczonym dostępie do energii.
Ponadto jego modułowa konstrukcja pozwala na skalowanie systemu w celu oczyszczania różnych ilości wody, od małych pojemników domowych po instalacje społeczne. Jego wdrożenie można łatwo zintegrować z programami humanitarnymi lub zdecentralizowaną infrastrukturą uzdatniania wody pitnej.
Międzynarodowy kontekst dostępu do wody pitnej i perspektywy na przyszłość
Rozwój tej technologii zbiega się z krytycznym momentem dla dostępu do wody pitnej. W krajach takich jak Indie czy Peru, gdzie sieci sanitarne nie zawsze docierają do obszarów wiejskich, projekty oczyszczania słonecznego zyskują na popularności jako alternatywa dla systemów scentralizowanych.
W północnej Keni lokalne organizacje już oceniają podobne rozwiązania w celu poprawy zaopatrzenia w wodę w odizolowanych społecznościach.
Chińscy naukowcy planują dalszą optymalizację składu materiału, aby rozszerzyć jego zakres działania w stosunku do innych mikroorganizmów i zanieczyszczeń. Planują również poprawić wydajność folii poprzez zwiększenie powierzchni aktywnej i integrację z systemami przenośnymi lub sprzętem ratowniczym.
Jeśli wyniki zostaną potwierdzone na dużą skalę, ta innowacja może stanowić punkt zwrotny w leczeniu bakterii w wodzie, oferując praktyczne i zrównoważone narzędzie dla milionów ludzi, którzy nadal nie mają dostępu do wody pitnej.
