Российские ученые создали фильтр, который полностью очищает воду от бактерий

Исследователи Института физики прочности и материаловедения имени Панина СО РАН совместно со специалистами Совместного российско-вьетнамского тропического научно-исследовательского и технологического центра представили новый гибридный адсорбент, предназначенный для удаления патогенных микроорганизмов из воды. Во время испытаний, проведенных на загрязненных водоемах Ханоя, разработка обеспечила полное удаление бактерий из исследованных проб. Результаты работы опубликованы в журнале «Физика и химия обработки материалов».

Основой нового материала служат целлюлозные микроволокна, на поверхности которых сформированы наноструктуры оксигидроксида алюминия (AlOOH), содержащие наночастицы серебра. Особенность предложенной технологии заключается в том, что такие структуры формируются непосредственно на волокнах за один технологический цикл, что упрощает изготовление фильтрующего материала.

Предпосылки разработки

Исследование было инициировано из-за сложной санитарно-эпидемиологической ситуации и низким качеством очистки воды в столице Вьетнама. По информации авторов, около 96 % городских сточных вод поступает в водные объекты без предварительной очистки, причем значительная часть сбрасывается в реку То Лич. Предыдущие исследования также фиксировали присутствие кишечной палочки и других колиформных бактерий в водопроводной воде отдельных детских учреждений, что подчеркивает необходимость разработки эффективных методов дополнительной очистки.

Высокая эффективность адсорбента обеспечивается сочетанием двух механизмов действия. На первом этапе положительно заряженная поверхность материала притягивает отрицательно заряженные клетки микроорганизмов, удерживая их на поверхности. Затем антибактериальный эффект обеспечивают ионы серебра, которые нарушают жизнедеятельность бактерий и приводят к их инактивации. При этом серебряные наночастицы надежно закреплены в структуре материала и практически не попадают в очищаемую воду, что снижает возможное воздействие на окружающую среду.

Практические испытания проводились на опытной фильтрационной установке во Вьетнаме с использованием воды из природных загрязненных источников. Во всех случаях фильтр обеспечил полное удаление обнаруженных микроорганизмов. При обработке воды из реки То Лич одновременно исчезали неприятный запах и выраженная мутность.

Плюсы новой технологии

По мнению разработчиков, технология обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными способами обеззараживания. Фильтрация осуществляется быстро и не сопровождается образованием токсичных побочных соединений, которые могут возникать при использовании хлорсодержащих реагентов. Кроме того, система не требует сложного оборудования, характерного для установок обратного осмоса, а проведенные испытания подтвердили возможность многократного использования материала без заметного снижения его эффективности.

Дополнительные исследования биологической безопасности показали, что водные вытяжки из адсорбента не оказывают токсического воздействия на клетки фибробластов. Это свидетельствует о низком риске применения материала для человека.

Перспективы применения

Авторы проекта рассматривают различные направления практического использования разработки. В России материал может применяться на завершающей стадии очистки сточных вод, а также при производстве антибактериальных фильтрующих материалов для предприятий пищевой и фармацевтической отраслей. Во Вьетнаме технология может применяться при создании доступных сорбентов, предназначенных для удаления красителей и пестицидов из воды, выпуска биоразлагаемой упаковки для сельскохозяйственной продукции и изготовления противогрибковых материалов, всегда востребованных в условиях жаркого и влажного тропического климата.

Работа над технологией продолжается. В настоящее время исследователи изучают возможность замены серебра более экономичными сочетаниями металлов, включая системы на основе меди, железа и цинка (Cu/Zn, Fe/Zn и Fe/Cu). Одновременно ведется разработка промышленного процесса непрерывного производства фильтрующего материала на рулонных целлюлозных полотнах. Еще одним перспективным направлением станет создание самоочищающихся фотокаталитических композитов, способных под действием солнечного света разлагать остатки антибиотиков и гормональных препаратов в воде.

По данным Всемирной организации здравоохранения, загрязненная питьевая вода ежегодно становится причиной миллионов случаев инфекционных заболеваний. Поэтому разработка доступных, эффективных и экологически безопасных технологий обеззараживания остается одной из приоритетных задач современной науки.

Недавно камчатские ученые разработали схему очистки воды с помощью вулканического минерала гидрокалюмита. Hi-Tech Mail выяснил нюансы новой технологии.