Cirka 4,4 miljarder människor i världen har inte säker tillgång till dricksvatten. Denna tysta men ihållande brist förvärrar spridningen av sjukdomar och begränsar utvecklingen för miljontals samhällen. I detta sammanhang blir sökandet efter effektiva metoder för att eliminera bakterier i vattnet en prioritet för vetenskapen.
Traditionell desinfektion är oftast beroende av vattenreningsverk, kemiska filter eller el. I många landsbygdsområden, avlägset belägna områden eller områden som drabbats av naturkatastrofer är dessa system dock inte genomförbara på grund av kostnaden eller bristen på infrastruktur. Därför är det viktigt att ha en teknik som kan rena vatten utan att kräva en stor budget.
Hur fungerar det nya systemet som på kort tid eliminerar 99,9 % av bakterierna i vattnet?
Teamet vid Sun Yat-sen-universitetet har utvecklat självflytande fotokatalytiska filmer tillverkade av ett konjugerat polymermaterial som kallas Cz-AQ.
Studien, som publicerats i tidskriften Nature Water, framhåller att materialet kan återanvändas mer än 50 gånger utan att förlora sin effektivitet, vilket gör det till ett ekonomiskt och hållbart alternativ jämfört med andra reningsmetoder.
Denna fotokatalysator genererar syrebaserade organiska radikaler, så kallade OCOR, som kan behålla sin aktivitet i nästan 14 minuter, vilket är en exceptionell varaktighet jämfört med konventionella radikaler som försvinner på bråkdelen av en sekund.
Tack vare denna stabilitet uppnår systemet en djupgående och ihållande desinfektion av förorenat vatten. Testerna visade att filmerna på bara 40 minuter och under svagt solljus eliminerade mer än 99,995 % av bakterierna i vattnet, såsom E. coli och Staphylococcus aureus.
Dessutom förblev det behandlade vattnet fritt från mikroorganismer i minst fem dagar, vilket minskar risken för återinfektion.
Fördelar med detta nya system jämfört med tidigare tekniker för att utrota bakterier i vatten
Ett av de största hindren för solbaserad desinfektion har varit beroendet av intensiv strålning. Traditionella material som titandioxid (TiO₂) eller grafen förlorade sin effektivitet i svagt ljus, vilket begränsade deras användning i verkliga miljöer.
Den nya fotokatalytiska filmen övervinner detta problem. Genom att flyta på vattenytan maximerar den upptagningen av solljus, även på molniga dagar eller vid svag strålning.
Denna strategiska position möjliggör optimal exponering för fotoner och kontinuerlig generering av desinficerande radikaler, vilket garanterar en effektiv eliminering av bakterier i vattnet utan att kräva ytterligare energi.
Forskarna uppskattar att en enda film kan ge säkert vatten till fyra eller fem vuxna personer per dag, utan behov av elektricitet, filter eller kemikalier.
Dessa egenskaper utökar dess potentiella användning i landsbygdssamhällen, flyktingläger eller områden som drabbats av naturkatastrofer.
Prestanda, hållbarhet och möjliga tillämpningar för denna fotokatalysator
Systemets hållbarhet är en annan av dess styrkor. De syrefokuserade organiska radikalerna angriper inte själva fotokatalysatorn, vilket förhindrar nedbrytning och garanterar driftsstabilitet under tiotals användningscykler. Denna egenskap bidrar till att minska kostnader och avfall, vilket förstärker dess värde i termer av miljömässig hållbarhet.
Experter påpekar att denna teknik också kan tillämpas i processer för miljöåterställning och medicinsk sterilisering, genom att utnyttja samma radikaler för att eliminera patogener på lång sikt.
Dess låga underhållsbehov och motståndskraft mot ogynnsamma förhållanden gör den särskilt lämplig för miljöer med knappa resurser eller begränsad tillgång till energi.
Dessutom skulle dess modulära design göra det möjligt att skala upp systemet för att behandla olika volymer vatten, från små hushållsbehållare till gemensamma anläggningar. Dess implementering skulle lätt kunna integreras i humanitära program eller decentraliserade infrastrukturer för dricksvattenrening.
Internationell kontext för tillgång till dricksvatten och framtidsutsikter
Utvecklingen av denna teknik sammanfaller med en kritisk tidpunkt för tillgången till dricksvatten. I länder som Indien och Peru, där sanitära nätverk inte alltid når ut till landsbygden, vinner solreningsprojekt mark som ett alternativ till centraliserade system.
I norra Kenya utvärderar lokala organisationer redan liknande lösningar för att förbättra försörjningen i isolerade samhällen.
De kinesiska forskarna planerar att fortsätta optimera materialets sammansättning för att utvidga dess verkningsområde mot andra mikroorganismer och föroreningar. De planerar också att förbättra filmens effektivitet genom att öka den aktiva ytan och integrera den i bärbara system eller nödutrustning.
Om resultaten bekräftas i stor skala kan denna innovation bli en vändpunkt i behandlingen av bakterier i vatten och erbjuda ett praktiskt och hållbart verktyg för miljontals människor som fortfarande saknar tillgång till dricksvatten.
