Denník N

Minizariadenie za 20 minút na slnku zabije vo vode nebezpečné baktérie

Toto zariadenie využíva na dezinfekciu vody slnečné žiarenie a molybdén. Foto – Jin Xie/Stanford University
Toto zariadenie využíva na dezinfekciu vody slnečné žiarenie a molybdén. Foto – Jin Xie/Stanford University

Priamy prístup k pitnej vode nemá až 1,1 miliardy ľudí, do roku 2025 pocítia až dve tretiny svetovej populácie nedostatok vody. Vedcom sa možno tento problém podarí zmierniť. Vyvinuli zariadenie na dezinfekciu vody.

Minulú zimu som bola pozvaná na indickú svadbu. Na začiatku som bola nadšená, no postupom času som sa začala obávať miestnej stravy a vody na tomto tropickom subkontinente.

Príbehov o tom, že obyčajné požitie umytej čerstvej zeleniny vyvolá veľké zdravotné komplikácie a že voda v Indii môže byť kontaminovaná nebezpečnými baktériami skutočne všade, je plný internet.

Moje prípravy na exotické dobrodružstvo zahŕňali nielen užívanie probiotík, ale aj kúpu vreckovej UV lampy na dezinfekciu vody. Ukázala sa ako kľúčová.

India má totiž obrovský problém s pitnou vodou. Žije v nej približne 16 percent svetovej populácie, no celkový podiel zásob sladkej vody má iba na úrovni štyroch percent.

Problémy s vodou

Väčšina z nej sa nachádza pod zemou a je poloslaná. Pri úprave vody ju treba odsoliť, no väčšina populácie sa uchyľuje k pitiu vody z kontaminovaných zdrojov. Aj preto je až 21 percent ošetrovaných ochorení spojených so zlou kvalitou vody.

Podobný problém môžeme pozorovať aj v celosvetovom meradle. Podľa Svetovej zdravotníckej organizácie nemá priamy prístup k pitnej vode až 1,1 miliardy ľudí. Do roku 2025 pocítia až dve tretiny svetovej populácie nedostatok vody.

Vďaka výskumu zo Stanfordovej univerzity sa však tento problém možno bude dať zmierniť. Výskumný tím pod vedením Chong Liu vyvinul miniatúrny solárny čip, ktorý dokáže pomocou slnečného žiarenia a obsahu molybdénu účinne dezinfikovať vodu už v priebehu dvadsiatich minút.

Výsledky svojich experimentov publikovali v časopise Nature Nanotechnology.

Polovica veľkosti poštovej známky

Ak kontaminovanú vodu vystavíte slnečnému žiareniu, jeho UV zložka v nej dokáže zabiť baktérie. Tento proces však trvá veľmi dlho, až 48 hodín. Je to preto, lebo UV lúče nesú iba 4 percentá celkovej energie slnečného žiarenia.

Inovatívne zariadenie, ktoré vyvinuli kalifornskí vedci, dokáže zachytiť širšie spektrum žiarenia. Vďaka tomu trvá uvedený proces omnoho kratšie, iba 20 minút. Prístroj je malý, veľký je zhruba ako polovica bežnej poštovej známky.

„Naše zariadenie vyzerá tak trochu ako obdĺžnik z čierneho skla. Jenoducho sme ho ponorili do vody a nechali na to svietiť slnko. To urobilo všetku prácu,“ vysvetlila hlavná autorka štúdie Liu v správe univerzity.

Katalýza hnaná slnkom

Ako zariadenie funguje? Princíp je založený na fotokatalyzátore a tenkých vrstvách sulfidu molybdiničitého (MoS2), ktorý je na zariadení usporiadaný vo forme takzvaných nanovločiek (z angl. nanoflakes). Ide o tenké plátky uložené na podklade bočnou hranou tak, že vytvárajú akýsi pomyselný labyrint.

Ich hrúbka je kľúčová. Bádateľom sa podarilo optimalizovať ju tak, že plátky dokážu absorbovať celé viditeľné spektrum slnečného žiarenia. To predstavuje v porovnaní s UV žiarením omnoho viac, až 50 percent slnečného žiarenia.

Jednu hranu navyše pokryli tenučkou vrstvou medi (hrúbku má iba 5 nanometrov), ktorá slúži ako katalyzátor pri príprave reaktívnych foriem kyslíka. Ide napríklad o peroxid vodíka či singletový kyslík. Práve tieto chemikálie slúžia ako zdroj záhuby baktérií vo vode.

Schéma nanozariadenia na čistenie vody. Obsahuje tenké plátky disulfidu molybdénu, ktoré sú na sklenenej podložke usporiadané ako steny labyrintu. Pokryté sú vrstvou medi, ktorá po dopade slnečného žiarenia na tento čip aktivuje syntézu reaktívnych foriem kyslíka. Tie zabijú baktérie prítomné vo vode už do dvadsiatich minút. Foto – Liu a jej tím/Nature Nanotechnology

Tieto látky sa navyše rýchlo rozložili, takže výsledná voda je zdravotne neškodná.

Dlhá cesta k úspechu

„Je skutočne vzrušujúce vidieť, že už len správnym návrhom materiálu môžete dosiahnuť výborné výsledky. Skutočne to funguje. Naším zámerom je vyriešiť problémy so znečisťovaním životného prostredia, aby sa ľuďom uľahčil život,“ povedala Liu.

Treba mať na pamäti, že toto zariadenie je stále ďaleko od komerčného použitia. Zatiaľ ho testovali len na troch druhoch baktérií. Aj keď autori štúdie predpokladajú, že by mal systém fungovať aj pri viacerých druhoch baktérií či dokonca vírusoch, zariadenie zatiaľ netestovali na komplexnej vzorke znečistenej vody, iba na laboratórne pripravených vzorkách.

Navyše, systém nedokáže odfiltrovať z vody chemické látky, ktorými je znečistená. Rozhodne to však predstavuje zaujímavý a úspešný prvý krok k vývoju univerzálnejšieho a lacného zariadenia na úpravu vody.

Dostupné z doi: 10.1038/nnano.2016.138.

Životné prostredie

Teraz najčítanejšie