Ingeniører udtænker en ny metode til at fjerne skadelige E. coli fra vand

Ingeniører ved Monash University har fundet frem til en forbedret metode til at fjerne potentielt dødelige bakterier, såsom E. coli, fra vand ved hjælp af grafitisk kulnitrid og sollys.

Det internationale hold, ledet af professor Xiwang Zhang i Monash University's Department of Chemical Engineering, kombineret grafitisk carbonnitrid med polyethylenimin (PEI) for at ødelægge skadelige patogener E. coli og Enterococcus faecalis fra vand inden for henholdsvis 45 minutter og 60 minutter.

Denne nye fotokatalysatormetode er lavpris og metalfri, som forhindrer sekundær forurening af udvaskede metalioner under filtreringsprocessen.

Hvis opskaleret, denne soldrevne metode kunne forbedre behandlingen af ​​store mængder vand markant. Det har også potentiale til at blive integreret i den nuværende solvandsdesinfektionsteknologi i lande med begrænset adgang til ferskvand.

Udgivet i tidsskriftet Anvendt katalyse B:Miljømæssig , Professor Zhang siger, at integration af deres fotokatalysator i solvandsdesinfektionsteknologi næsten kunne sikre fuldstændig og hurtig desinfektion på en mere bæredygtig måde.

"Smitsomme sygdomme forårsaget af vandbårne patogener truer menneskers sundhed verden over, " sagde professor Zhang, som også er direktør for ARC Research Hub for Energy-efficient Separation.

"Grafitisk kulnitrid har fået bred opmærksomhed som en metalfri fotokatalysator til vanddesinfektion. det har grænser for dets evne til at fjerne patogener fuldstændigt ved hjælp af fotokatalyse. Det, vi har været i stand til at gøre, er at fusionere grafitisk carbonnitrid med PEI for at øge fotokatalytiske egenskaber af dette materiale og teste det på vandbårne bakterier. Vi opdagede, at PEI-funktionaliseringen kan, træde i kræft, tune de fotokemiske reaktioner på grafitisk carbonnitrid. Vi fandt ud af, at den positivt ladede PEI på grafitisk carbonnitrid kunne fremme kontakten mellem fotokatalysator og bakterieceller (negativt ladet overflade) via elektrostatisk adhæsion, som kan gøre det muligt for reaktive oxygenarter at dræbe de fangede bakterieceller."

En tidligere undersøgelse offentliggjort af forskerholdet i ACS katalyse fundet PEI på grafitisk carbonnitrid gav et fældested for fotoinducerede huller. Igennem dette, PEI kan tune de fotokemiske reaktioner for at generere mere reaktive oxygenarter til bakterieinaktivering.

Gennem denne proces, PEI ændrer overfladeladningen af ​​den sammensatte fotokatalysator til at være positiv; i naturen, overfladen af ​​bakterieceller er negativt ladet på grund af de specifikke dele af deres cellestruktur.

Som sådan, den positivt ladede PEI på grafitisk carbonnitrat kan fremme kontakt mellem fotokatalysator og bakterieceller via elektrostatisk adhæsion. På denne måde PEI fanger bakteriecellerne i vand. De fangede celler dræbes derefter af de genererede reaktive oxygenarter gennem fotokatalyse.

Gennem denne proces, under solbestråling, forskerholdet var i stand til at fjerne 99,99 procent af E.coli fra vand på 45 minutter, og samme procentdel af Enterococcus faecalis inden for 60 minutter.

"Denne PEI-funktionaliseringsproces er enkel. Den kan deles med desperate samfund over hele verden, efter at der er udført yderligere forskning i udviklingen af ​​fotokatalyseanordninger, " sagde professor Zhang.

Professor Xiwang Zhang (Monash University, Chemical Engineering) ledede undersøgelsen, med titlen "Samarbejdende modulering af generering af reaktive oxygenarter og kontakt mellem bakterier og fotokatalysator over grafenkulnitrat med polyethylenimin til hurtig vanddesinfektion."