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即使在今天,清潔水仍然是全世界許多人的特權。根據世界衛生組織(WHO)的數據,至少有18億人飲用受糞便污染的水,到2040年,世界上很大一部分人將因飲用水資源不足而承受水壓力。與此同時,根據聯合國兒童基金會(UNICEF)的數據,每天約有1800名兒童死于腹瀉,原因是供水不安全,從而導致霍亂等疾病。
因此,我們必須開發高效、經濟的水凈化方法。這正是由EPFL的LászlóForró領導的一個科學家團隊所取得的成就,他們使用了一種新的凈水過濾器,該過濾器將二氧化鈦(TiO2)納米線和碳納米管結合在一起,只利用太陽光。
科學家們首先表明,TiO2納米線本身可以在陽光下有效地凈化水。但是,將納米線與碳納米管交織在一起,形成了一種復合材料,通過對水進行巴氏殺菌,殺死細菌和大型病毒等人類病原體,增加了一層額外的去污能力。
其原理是,當太陽光可見光譜中的紫外線照射到濾光片上時,會導致濾光片產生一組稱為活性氧(ROS)的分子。這些物質包括過氧化氫(H2O2)、氫氧化物(OH)和氧氣(O2-),已知是有效的病原體殺手。
研究人員用大腸桿菌測試了他們的設備,大腸桿菌是細菌存活研究的“金標準”,但它應該與其他細菌病原體一起使用,如空腸彎曲菌(發達國家常見的腹瀉誘發病原體)、藍氏賈第蟲(一種引起腸道賈第蟲病的微生物)、沙門氏菌、隱孢子蟲(引起腹瀉隱孢子蟲病)、沙門氏菌,甲型肝炎病毒和嗜肺軍團菌(引起退伍軍人病)。該設備特別擅長去除水中的所有病原體,甚至在去除農藥、藥物殘留、化妝品等微污染物方面也顯示出了良好的效果。
福羅說:“在化學家、物理學家和生物學家的密切合作下,我們開發了一種非常高效的水凈化裝置,它不需要任何能源,只需要陽光。我們的原型即使在偏遠地區也能為小規模人口提供清潔飲用水,而且很容易擴大規模。這是一項偉大的成就,該項目的一個重要‘副產品’是,它吸引了大量關心環境問題、追求可持續性的有才華和積極性的學生。”
在發表在《自然》合作伙伴雜志《npj清潔水》上的論文中,研究人員展示了過濾器的原型,并提出了進一步改進的建議。該項目的首席科學家恩德·霍爾瓦思認為這將在多才多藝的科學界創造一個強有力的后續行動,并有望為各機構提供資金。