Almeno 2 miliardi di persone in tutto il mondo bere abitualmente acqua contaminata da microbi patogeni, senza la possibilità di disinfettarla.
Acqua pulita sulle mani umane – foto illustrativa. Credito immagine: Nathan Dumlao tramite Unsplash, licenza gratuita
Ora, gli scienziati della Stanford University e dello SLAC National Accelerator Laboratory hanno inventato una polvere riciclabile a basso costo che uccide migliaia di batteri presenti nell’acqua al secondo se esposti alla normale luce solare.
La scoperta di questo disinfettante ultraveloce potrebbe rappresentare un progresso significativo per quasi il 30% della popolazione mondiale senza accesso a servizi sicuri bevendo acqua, secondo il team di Stanford e SLAC. I loro risultati sono pubblicato in uno studio di Natura Acqua.
La polvere disinfettante viene mescolata in acqua contaminata da batteri (in alto a sinistra). La miscela viene esposta alla luce solare, uccidendo rapidamente tutti i batteri (in alto a destra). Un magnete raccoglie la polvere metallica dopo la disinfezione (in basso a destra). La polvere viene quindi ricaricata in un altro bicchiere di acqua contaminata e il processo di disinfezione viene ripetuto (in basso a sinistra). Credito immagine: Tong Wu/Università di Stanford
“Le malattie trasmesse dall’acqua sono responsabili di 2 milioni di morti all’anno, la maggior parte nei bambini di età inferiore ai 5 anni”, ha affermato l’autore co-responsabile dello studio Tong Wu, ex studioso post-dottorato di scienza e ingegneria dei materiali (MSE) nel Scuola di ingegneria di Stanford.
“Riteniamo che la nostra nuova tecnologia faciliterà cambiamenti rivoluzionari nella disinfezione dell’acqua e ispirerà ulteriori innovazioni in questo entusiasmante campo interdisciplinare”.
Le tecnologie convenzionali per il trattamento dell’acqua includono prodotti chimici, che possono produrre sottoprodotti tossici, e luce ultravioletta, che impiega un tempo relativamente lungo per disinfettarsi e richiede una fonte di elettricità.
Il nuovo disinfettante sviluppato a Stanford è una polvere metallica innocua che assorbe sia i raggi UV che la luce visibile ad alta energia dal sole. La polvere comprende scaglie di dimensioni nanometriche di ossido di alluminio, solfuro di molibdeno, rame e ossido di ferro.
“Abbiamo usato solo una piccola quantità di questi materiali”, ha detto l’autore senior Yi Cuiil Fortinet Founders Professor di MSE e di Energy Science & Engineering nel Stanford Doerr School of Sustainability. “I materiali sono a basso costo e abbastanza abbondanti. L’innovazione chiave è che funzionano tutti insieme quando sono immersi nell’acqua.
Veloce, non tossico e riciclabile
Dopo aver assorbito i fotoni dal sole, il catalizzatore di solfuro di molibdeno/rame si comporta come una giunzione semiconduttore/metallo, consentendo ai fotoni di rimuovere gli elettroni.
Gli elettroni liberati reagiscono quindi con l’acqua circostante, generando perossido di idrogeno e radicali idrossilici, una delle forme di ossigeno biologicamente più distruttive. Le sostanze chimiche appena formate uccidono rapidamente i batteri danneggiando seriamente le loro membrane cellulari.
Immagini microscopiche di E. coli prima (a sinistra) e dopo la disinfezione. I batteri sono morti rapidamente dopo che la luce solare ha prodotto sostanze chimiche che hanno causato gravi danni alle membrane delle cellule batteriche, come mostrato nei cerchi rossi. Credito immagine: Tong Wu/Università di Stanford
Per lo studio, il team di Stanford e SLAC ha utilizzato un 200 millilitro [6.8 ounce] bicchiere di acqua a temperatura ambiente contaminata con circa 1 milione Escherichia coli batteri per ml [.03 oz.].
“Abbiamo mescolato la polvere nell’acqua contaminata”, ha detto il co-autore principale Bofei Liu, un ex postdoc MSE. “Quindi abbiamo eseguito il test di disinfezione nel campus di Stanford alla luce del sole reale e in 60 secondi non sono stati rilevati batteri vivi”.
I nanofiocchi polverosi possono muoversi rapidamente, entrare in contatto fisico con molti batteri e ucciderli velocemente, ha aggiunto.
Anche i sottoprodotti chimici generati dalla luce solare si dissipano rapidamente.
“La durata del perossido di idrogeno e dei radicali idrossilici è molto breve”, ha detto Cui. “Se non trovano immediatamente i batteri da ossidare, le sostanze chimiche si scompongono in acqua e ossigeno e vengono eliminate in pochi secondi. Quindi puoi bere subito l’acqua.
La polvere atossica è anche riciclabile. L’ossido di ferro consente di rimuovere i nanofiocchi dall’acqua con un normale magnete. Nello studio, i ricercatori hanno utilizzato il magnetismo per raccogliere la stessa polvere 30 volte per trattare 30 diversi campioni di acqua contaminata.
“Per escursionisti e backpackers, potrei immaginare di portare una piccola quantità di polvere e un piccolo magnete”, ha detto Cui. “Durante il giorno metti la polvere nell’acqua, la scuoti un po’ alla luce del sole e in un minuto hai acqua potabile. Usi il magnete per estrarre le particelle per un uso successivo.
La polvere potrebbe anche essere utile negli impianti di trattamento delle acque reflue che attualmente utilizzano lampade UV per disinfettare l’acqua trattata, ha aggiunto.
“Durante il giorno l’impianto può utilizzare la luce solare visibile, che funzionerebbe molto più velocemente dei raggi UV e probabilmente risparmierebbe energia”, ha detto Cui. “I nanoflakes sono abbastanza facili da realizzare e possono essere rapidamente aumentati a tonnellate”.
Lo studio si è concentrato su Escherichia coli, che può causare gravi malattie gastrointestinali e può anche essere pericolosa per la vita. La US Environmental Protection Agency ha fissato l’obiettivo massimo di livello di contaminante per Escherichia coli nell’acqua potabile a zero.
Il team di Stanford e SLAC prevede di testare la nuova polvere su altri agenti patogeni trasmessi dall’acqua, inclusi virus, protozoi e parassiti che causano anche gravi malattie e morte.
Fonte: Università di Stanford
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
