Вода

ОСТИН, Техас – Серия штормов в Техасе в последние годы – от урагана Харви в 2017 году до глубоких заморозков в 2021 году – поставила под угрозу большую часть населения и оставила миллионы людей без электричества и воды на длительные периоды времени.

Эти бедствия также послужили мотивацией для исследователя из Техасского университета в Остине переориентировать свою работу на инновации, которые могут помочь сообществам реагировать на суровые погодные явления. Ее последний проект — устройство размером с кружку, которое может быстро очищать воду, используя небольшой электрический разряд, и вылавливать бактериальные клетки. В лабораторных экспериментах устройство смогло удалить 99,997% бактерий E. coli из образцов весом от 2 до 3 унций, взятых из Уоллер-Крик в Остине, примерно за 20 минут, имея возможность сделать больше.

«Мы можем очищать воду, используя очень мало энергии, потому что мы управляем бактериальными клетками с помощью электрических полей, а большинство бактериальных клеток — это естественные пловцы, которые добираются до электродов и попадают в ловушку живыми», — сказала Д. Эмма Фан, доцент кафедры Кафедра машиностроения Уокера Инженерной школы Кокрелла, который руководил исследованием, опубликованным недавно в ACS Nano.

Ключом к устройству является «разветвленный» электрод, ранее созданный исследовательской группой. Структура запатентованного электрода основана на корневой системе дерева с ветвями, идущими в нескольких направлениях.

При подаче электричества устройство создает поле, к которому притягиваются клетки кишечной палочки. Они охотно «заплывают» в ветки электродов.

Электрод изготовлен из пенографита, совместим и долговечен в электрических полях и может непрерывно работать в течение многих часов. Помимо эффективности, устройство недорогое — создание электрода в пенопластовой оболочке стоит менее 2 долларов.

Он также прост в использовании. Сначала окуните чашку с электродом в воду. Затем дайте ему электрический разряд, подождите и позвольте электродам выловить бактерии. Затем подождите и удалите воду, которую теперь можно пить.

Сейчас исследователи ищут способы коммерциализации этого напитка, а затем хотят оптимизировать дизайн чашки. Тот, который используется для очистки воды в Уоллер-Крик, представляет собой прототип, напечатанный на 3D-принтере. И они хотят еще больше упростить процесс установки и удаления электродов.

Из нескольких современных методов простой коммерческой фильтрации воды каждый имеет существенный недостаток. Дезинфицирующие таблетки могут выделять оксиданты, которые могут быть вредными при проглатывании. Системы обратного осмоса требуют высокого давления воды, а для обработки паром на солнечной энергии необходим постоянный солнечный свет, что ненадежно в условиях стихийных бедствий.

Кроме того, использование электроэнергии позволяет интегрировать аккумуляторы для хранения энергии и их можно легко использовать дома, в офисе или в автомобиле. Затраты на энергию также намного ниже, чем у различных новых технологий, например, в тысячную раз меньше, чем у солнечного пара.

Электрод, используемый в устройстве, изначально создавался для суперконденсаторов. По оценкам, население Техаса удвоится к 2050 году, а необходимость исследований для решения проблемы устойчивости после того, как Харви побудила Фан сосредоточить свою работу на стихийных бедствиях.

В случае отключения электроэнергии или уведомления о кипячении воды человек, владевший устройством с этой технологией, мог подъехать к ручью или ручью, подключить его к автомобильному аккумулятору через простой преобразователь постоянного тока в переменный и очистить воду. принести домой в качестве запаса питья. Его также можно питать от солнечных батарей по тому же принципу.

«Когда наша водная инфраструктура не работает — нет воды, газа и электричества — нам нужны точечные устройства для очистки воды, которую мы можем получить из прудов, ручьев или рек», — сказал Фан. «Мы верим, что наше устройство когда-нибудь сможет удовлетворить эту потребность».

Контакт со СМИ

Нат ЛевиИнженерная школа Кокрелла: [email protected]