Bột tái chế tiêu diệt hàng nghìn vi khuẩn trong nước mỗi giây khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời

Ít nhất 2 tỷ người trên toàn thế giới thường xuyên uống nước bị nhiễm vi khuẩn gây bệnh. Giờ đây, các nhà khoa học tại Đại học Stanford và Phòng thí nghiệm Máy gia tốc quốc gia (SLAC) đã phát minh ra loại bột tái chế, giá rẻ với khả năng tiêu diệt hàng nghìn vi khuẩn trong nước mỗi giây khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời thông thường. Đây là bước tiến lớn đối với gần 30% dân số thế giới không được sử dụng nước uống an toàn. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Water vào ngày 18/5/2023.

Tong Wu, đồng tác giả nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật Stanford, cho biết: “Các bệnh do nước gây ra, là nguyên nhân dẫn đến 2 triệu ca tử vong mỗi năm, phần lớn là trẻ em dưới 5 tuổi. Chúng tôi tin rằng công nghệ mới sẽ tạo điều kiện cho những thay đổi đột phá trong việc khử trùng nước và truyền cảm hứng cho nhiều đổi mới hơn trong lĩnh vực liên ngành thú vị này”.

Các công nghệ xử lý nước thông thường sử dụng hóa chất, có thể tạo ra những sản phẩm phụ độc hại và tia cực tím, cũng như cần thời gian khử trùng tương đối dài và cần có điện. Chất khử trùng mới là loại bột kim loại vô hại, hoạt động bằng cách hấp thụ cả tia cực tím và ánh sáng nhìn thấy năng lượng cao từ mặt trời. Loại bột này bao gồm các mảnh oxit nhôm, molypden sulfua, đồng và oxit sắt có kích thước nano. Theo nhóm nghiên cứu, các vật liệu có giá thành rẻ và khá dồi dào.

Nhanh chóng, không độc hại và có thể tái chế

Sau khi hấp thụ các photon từ mặt trời, chất xúc tác molybdenum sulfide/đồng hoạt động giống như chất bán dẫn/ mối nối kim loại, cho phép các photon đánh bật các electron. Sau đó, các electron được giải phóng, sẽ phản ứng với nước xung quanh, tạo ra các gốc hydro peroxit và hydroxyl, một trong những dạng oxy có khả năng phá hủy sinh học cao nhất. Các hóa chất mới nhanh chóng tiêu diệt vi khuẩn bằng cách phá hủy nghiêm trọng màng tế bào của chúng.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã sử dụng một cốc nước ở nhiệt độ phòng có dung tích 200 ml bị nhiễm khoảng 1 triệu vi khuẩn E. coli trên mỗi mL. Bofei Liu, đồng tác giả nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi khuấy bột vào nước ô nhiễm. Sau đó, chúng tôi tiến hành thử nghiệm khử trùng trong khuôn viên trường Đại học Stanford dưới ánh nắng mặt trời thực tế và trong vòng 60 giây không phát hiện vi khuẩn nào sống sót”.

Các bông nano dạng bột có thể di chuyển xung quanh nhanh chóng, tiếp xúc vật lý với rất nhiều vi khuẩn và tiêu diệt chúng. Các sản phẩm phụ hóa học do ánh nắng mặt trời tạo ra cũng tiêu tan nhanh chóng.

Yi Cui, đồng tác giả nghiên cứu cho biết: “Thời gian tồn tại của hydro peroxit và các gốc hydroxy rất ngắn. Nếu chúng không tìm thấy vi khuẩn để oxy hóa ngay lập tức, các hóa chất sẽ phân hủy thành nước và oxy và bị loại bỏ trong vài giây. Vì vậy, bạn có thể uống nước ngay lập tức”.

Bột không độc hại cũng có thể tái chế. Oxit sắt cho phép loại bỏ các bông nano khỏi nước bằng nam châm thông thường. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã sử dụng từ tính để thu gom 30 lần cùng một loại bột để xử lý 30 mẫu nước khác nhau bị ô nhiễm.

Cui cho rằng: “Đối với những người đi bộ đường dài và khách du lịch bụi, tôi có thể hình dung việc mang theo ít bột và một cục nam châm nhỏ. Ban ngày cho bột vào nước, lắc nhẹ dưới ánh nắng mặt trời là trong phút chốc đã có nước uống. Cuối cùng, bạn sử dụng nam châm tách các hạt để dành sử dụng sau đó”. Theo ông Cui, loại bột này cũng có thể hữu ích trong các nhà máy xử lý nước thải hiện đang sử dụng đèn cực tím để khử trùng nước đã qua xử lý.

Nghiên cứu mới tập trung vào E. coli, loại vi khuẩn có thể gây ra bệnh đường tiêu hóa nghiêm trọng và thậm chí có thể đe dọa đến tính mạng.Trong tương lai, các nhà khoa học có kế hoạch thử nghiệm loại bột mới trên các mầm bệnh khác trong nước, bao gồm vi rút, động vật nguyên sinh và ký sinh trùng cũng gây ra các bệnh nặng và tử vong.