Использование бактерий для создания фильтра для воды, который убивает бактерии.

Более чем один из 10 человек в мире не имеет доступа к основной питьевой воде, и к 2025 году половина населения мира будет жить в районах с дефицитом воды, поэтому доступ к чистой воде является одной из главных задач Национальной академии инженерии. , Инженеры из Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработали новую мембранную технологию, которая очищает воду, предотвращая при этом биообрастание или накопление бактерий и других вредных микроорганизмов, которые уменьшают поток воды.

И они использовали бактерии для создания таких фильтрующих мембран.

Срикант Сингаманени, профессор машиностроения и материаловедения , и Янг-Шин Джун, профессор энергетики, экологии и химического машиностроения, и их команды объединили свой опыт для разработки ультрафильтрационной мембраны с использованием оксида графена и бактериальной наноцеллюлозы, которая, по их мнению, является высокоэффективной. , долговечный и экологически чистый. Если бы их методика была расширена до больших размеров, это могло бы принести пользу многим развивающимся странам, где не хватает чистой воды .

Результаты их работы были опубликованы в качестве обложки в выпуске журнала « Наука и технологии окружающей среды» от 2 января .

На биологическое обрастание приходится почти половина всего мембранного загрязнения, и его крайне сложно полностью устранить. Singamaneni и Jun решают эту проблему вместе в течение почти пяти лет. Ранее они разрабатывали другие мембраны с использованием золотых наностар, но хотели разработать такую, которая использовала бы менее дорогие материалы.

Их новая мембрана начинается с кормления бактерий Gluconacetobacter hansenii сладким веществом, так что они образуют целлюлозные нановолокна в воде . Затем команда включила чешуйки оксида графена (GO) в бактериальную наноцеллюлозу во время ее роста, по существу задерживая GO в мембране, чтобы сделать ее стабильной и долговечной.

После включения GO мембрану обрабатывают основным раствором для уничтожения Gluconacetobacter. Во время этого процесса кислородные группы ГО удаляются, что делает его уменьшенным ГО. Когда команда осветила мембрану солнечным светом, редуцированные хлопья GO немедленно генерировали тепло, которое рассеивалось в окружающую воду и наноцеллюлозу бактерий.

По иронии судьбы, мембрана, созданная из бактерий, также может убивать бактерии.

«Если вы хотите очистить воду с помощью микроорганизмов, восстановленный оксид графена в мембране может поглощать солнечный свет, нагревать мембрану и убивать бактерии», — сказал Сингаманени.

Singamaneni и Jun и их команда подвергли мембрану воздействию бактерий E. coli, а затем осветили поверхность мембраны. После облучения светом в течение всего 3 минут бактерии кишечной палочки погибли. Команда определила, что мембрана быстро нагревается до температуры выше 70 градусов Цельсия, необходимой для разрушения клеточных стенок бактерий E.coli.

В то время как бактерии убиты, исследователи имели нетронутую мембрану с высококачественными наноцеллюлозными волокнами, которая была способна фильтровать воду в два раза быстрее, чем коммерчески доступные мембраны ультрафильтрации при высоком рабочем давлении.

Когда они проделали тот же эксперимент на мембране, изготовленной из бактериальной наноцеллюлозы без снижения ОХ, бактерии E.coli остались живы.

«Это похоже на трехмерную печать с микроорганизмами», — сказал Джун. «Мы можем добавлять все, что нам нравится, к бактериальной наноцеллюлозе во время ее роста. Мы смотрели на нее при различных условиях pH, аналогичных тем, с которыми мы сталкиваемся в окружающей среде, и эти мембраны намного более стабильны по сравнению с мембранами, приготовленными вакуумной фильтрацией или центрифугированием». из оксида графена «.

В то время как Singamaneni и Jun признают, что внедрение этого процесса в обычных системах обратного осмоса обременительно, они предлагают систему спирально-навитых модулей, аналогичную рулону полотенец. Он может быть оснащен светодиодами или наногенератором, который использует механическую энергию потока жидкости для производства света и тепла, что снижает общую стоимость.