Gli ingegneri della Monash University hanno escogitato un metodo migliore per rimuovere batteri potenzialmente mortali, come E. coli, dall'acqua utilizzando nitruro di carbonio grafitico e luce solare.

La squadra internazionale, guidato dal professor Xiwang Zhang nel dipartimento di ingegneria chimica della Monash University, nitruro di carbonio grafitico combinato con polietilenimina (PEI) per distruggere i patogeni nocivi E. coli ed Enterococcus faecalis dall'acqua rispettivamente entro 45 minuti e 60 minuti.

Questo nuovo metodo fotocatalizzatore è a basso costo e privo di metalli, che previene l'inquinamento secondario degli ioni metallici lisciviati durante il processo di filtrazione.

Se potenziato, questo metodo a energia solare potrebbe migliorare significativamente il trattamento di grandi volumi d'acqua. Ha anche il potenziale per essere integrato nell'attuale tecnologia di disinfezione dell'acqua solare nei paesi con accesso limitato all'acqua dolce.

Pubblicato sulla rivista Catalisi applicata B:ambientale , Il professor Zhang afferma che l'integrazione del loro fotocatalizzatore nella tecnologia di disinfezione dell'acqua solare potrebbe quasi garantire una disinfezione completa e rapida in un modo più sostenibile.

"Le malattie infettive causate da agenti patogeni portati dall'acqua minacciano la salute delle persone in tutto il mondo, " ha detto il professor Zhang, che è anche il direttore dell'ARC Research Hub for Energy-efficient Separation.

"Il nitruro di carbonio grafico ha guadagnato ampia attenzione come fotocatalizzatore privo di metalli per la disinfezione dell'acqua. Tuttavia, ha dei limiti nella sua capacità di rimuovere completamente i patogeni mediante la fotocatalisi. Quello che siamo stati in grado di fare è fondere il nitruro di carbonio grafitico con il PEI per aumentare le proprietà fotocatalitiche di questo materiale e testarlo sui batteri presenti nell'acqua. Abbiamo scoperto che la funzionalizzazione PEI può, in effetti, sintonizzare le reazioni fotochimiche sul nitruro di carbonio grafitico. Abbiamo scoperto che il PEI caricato positivamente sul nitruro di carbonio grafitico potrebbe promuovere il contatto tra fotocatalizzatore e cellule batteriche (superficie caricata negativamente) tramite adesione elettrostatica, che può consentire alle specie reattive dell'ossigeno di uccidere le cellule batteriche intrappolate".

Un precedente studio pubblicato dal gruppo di ricerca in Catalisi ACS trovato PEI su nitruro di carbonio grafitico fornito un sito di trappola per fori fotoindotti. Attraverso questo, PEI può sintonizzare le reazioni fotochimiche per generare specie di ossigeno più reattive per l'inattivazione dei batteri.

Attraverso questo processo, PEI cambia la carica superficiale del fotocatalizzatore composito in positivo; in natura, la superficie delle cellule batteriche è caricata negativamente a causa delle frazioni specifiche della loro struttura cellulare.

Come tale, il PEI caricato positivamente sul nitrato di carbonio grafitico può favorire il contatto tra fotocatalizzatore e cellule batteriche tramite adesione elettrostatica. In questo modo, PEI intrappola le cellule batteriche nell'acqua. Le cellule intrappolate vengono quindi uccise dalle specie reattive dell'ossigeno generate attraverso la fotocatalisi.

Attraverso questo processo, sotto irraggiamento solare, il team di ricerca è stato in grado di rimuovere il 99,99 percento di E.coli dall'acqua in 45 minuti, e la stessa percentuale di Enterococcus faecalis entro 60 minuti.

"Questo processo di funzionalizzazione PEI è semplice. Può essere condiviso con comunità disperate in tutto il mondo dopo che saranno state condotte ulteriori ricerche sullo sviluppo di dispositivi di fotocatalisi, "Ha detto il professor Zhang.

Professor Xiwang Zhang (Università di Monash, Ingegneria chimica) ha condotto lo studio, intitolato "Modulare in modo cooperativo la generazione di specie reattive dell'ossigeno e il contatto batteri-fotocatalizzatore sul nitrato di carbonio di grafene mediante polietilenimina per una rapida disinfezione dell'acqua".