Bedre spildevandsrensning? Det er en wrap

Et skjold af grafen hjælper partikler med at ødelægge antibiotika-resistente bakterier og fritflydende antibiotikaresistensgener i spildevandsrensningsanlæg.

Tænk på den nye strategi udviklet på Rice University som "wrap, fælde og zap."

Rice-miljøforskeren Pedro Alvarez og Yalei Zhangs laboratorier, professor i miljøteknik ved Tongji University, Shanghai, introducerede mikrosfærer pakket ind i grafenoxid i Elsevier-journalen Vandforskning .

Alvarez og hans partnere i det risbaserede Nanosystems Engineering Research Center for Nanoteknologi-aktiveret vandbehandling (NEWT) har arbejdet på at slukke antibiotikaresistente "superbugs", siden de først blev fundet i spildevandsrensningsanlæg i 2013.

"Superbugs er kendt for at yngle i spildevandsrensningsanlæg og frigive ekstracellulære antibiotikaresistensgener (ARG'er), når de dræbes, når spildevandet desinficeres, " sagde Alvarez. "Disse ARG'er udledes derefter og kan transformere indfødte bakterier i det modtagende miljø, som bliver til resistomreservoirer.

"Vores innovation ville minimere udledningen af ​​ekstracellulære ARG'er, og dermed formindske spredning af antibiotikaresistens fra spildevandsrensningsanlæg, " han sagde.

Rislaboratoriet viste sine kugler - bismuthkerner, oxygen og kulstof pakket ind med nitrogen-doteret grafenoxid-inaktiverede multidrug-resistente Escherichia coli-bakterier og nedbrudte plasmid-kodede antibiotika-resistente gener i sekundært spildevandsspildevand.

De grafenindpakkede kugler dræber grimme i spildevand ved at producere tre gange mængden af ​​reaktive oxygenarter (ROS) sammenlignet med kuglerne alene.

Selve kuglerne er fotokatalysatorer, der producerer ROS, når de udsættes for lys. Laboratorietests viste, at indpakning af sfærerne minimerer ROS-renserens evne til at begrænse deres evne til at desinficere opløsningen.

Forskerne sagde, at nitrogendoping af skallerne øger deres evne til at fange bakterier, giver de katalytiske sfærer mere tid til at dræbe dem. De forbedrede partikler fanger og nedbryder derefter straks de resistente gener, der frigives af de døde bakterier, før de forurener spildevandet.

"Indpakning forbedret bakteriel affinitet for mikrosfærerne gennem forbedret hydrofob interaktion mellem bakterieoverfladen og skallen, " sagde co-lead forfatter Pingfeng Yu, en postdoktoral forskningsassistent ved Rice's Brown School of Engineering. "Denne mindskede ROS-fortynding og fjernelse af baggrundsbestanddele og lettede øjeblikkelig indfangning og nedbrydning af de frigivne ARG'er."

Fordi de indpakkede kugler er store nok til at blive filtreret ud af det desinficerede spildevand, de kan genbruges, sagde Yu. Test viste, at sfærernes fotokatalytiske aktivitet var relativt stabil, uden signifikant fald i aktivitet efter 10 cyklusser. Det var væsentligt bedre end cykluslevetiden for de samme kugler minus indpakningen.