无毒粉末利用阳光快速消毒受污染的饮用水

全世界至少有2亿人经常饮用被致病微生物污染的水。

现在，斯坦福大学的科学家们发明了一种低成本、可回收的粉末，当暴露在普通阳光下时，每秒可以杀死数千个水生细菌。根据斯坦福大学的研究小组的说法，这种超快消毒剂的发现对于世界上近30%无法获得安全饮用水的人口来说可能是一个重大进步。他们的研究结果于18月<>日发表在Nature Water上。

“水传播疾病每年造成2万人死亡，其中大多数是5岁以下的儿童，”该研究的共同主要作者Tong Wu说，他是斯坦福大学工程学院材料科学与工程(MSE)的前博士后学者。“我们相信，我们的新技术将促进水消毒的革命性变化，并在这个令人兴奋的跨学科领域激发更多的创新。

传统的水处理技术包括会产生有毒副产物的化学品和紫外线，紫外线需要相对较长的时间来消毒并且需要电源。

斯坦福大学开发的新型消毒剂是一种无害的金属粉末，通过吸收来自太阳的紫外线和高能可见光起作用。该粉末由氧化铝，硫化钼，铜和氧化铁的纳米尺寸薄片组成。

“我们只使用了少量的这些材料，”资深作者Yi Cui说，他是斯坦福大学多尔可持续发展学院MSE和能源科学与工程的Fortinet创始人教授。“这些材料成本低，而且相当丰富。关键的创新是，当浸入水中时，它们都会一起发挥作用。

快速、无毒、可回收

在吸收来自太阳的光子后，硫化钼/铜催化剂的作用类似于半导体/金属结，使光子能够移开电子。然后，释放的电子与周围的水发生反应，产生过氧化氢和羟基自由基 - 这是最具生物破坏性的氧气形式之一。新形成的化学物质通过严重破坏细菌的细胞膜来迅速杀死细菌。

在这项研究中，斯坦福大学的研究小组使用了200毫升[6.8盎司]的室温水杯，每毫升[.1盎司]中受约03万个大肠杆菌污染。

“我们将粉末搅拌到受污染的水中，”共同主要作者，前MSE博士后Bofei Liu说。“然后我们在斯坦福校园里在真实的阳光下进行了消毒测试，在60秒内，没有检测到活细菌。

他补充说，粉末状纳米片可以快速移动，与大量细菌进行物理接触并迅速杀死它们。

阳光产生的化学副产物也会迅速消散。

“过氧化氢和羟基自由基的寿命非常短，”崔说。“如果他们没有立即找到细菌来氧化，化学物质就会分解成水和氧气，并在几秒钟内被丢弃。所以你可以马上喝水。

无毒粉末也是可回收的。氧化铁使纳米薄片能够用普通磁铁从水中去除。在这项研究中，研究人员使用磁性收集相同的粉末30次，以处理30种不同的受污染水样本。

“对于徒步旅行者和背包客来说，我可以想象携带少量的粉末和一块小磁铁，”崔说。“白天，你把粉末放在水中，在阳光下摇晃一下，一分钟内你就有了饮用水。你用磁铁取出颗粒供以后使用。

他补充说，这种粉末也可能用于目前使用紫外线灯对处理过的水进行消毒的废水处理厂。

“在白天，植物可以使用可见光，这将比紫外线更快地工作，并且可能会节省能源，”崔说。“纳米薄片相当容易制造，可以迅速放大一吨。

该研究的重点是大肠杆菌，它可能导致严重的胃肠道疾病，甚至可能危及生命。美国环境保护署已将饮用水中大肠杆菌的最大污染物水平目标设定为零。斯坦福大学的研究小组计划在其他水传播病原体上测试这种新粉末，包括病毒，原生动物和寄生虫，这些病原体也会导致严重的疾病和死亡。

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