Ingenjörer vid Monash University har kommit på en förbättrad metod för att ta bort potentiellt dödliga bakterier, såsom E. coli, från vatten med grafitisk kolnitrid och solljus.

Det internationella laget, ledd av professor Xiwang Zhang vid Monash University:s institution för kemiteknik, kombinerade grafitisk kolnitrid med polyetylenimin (PEI) för att förstöra skadliga patogener E. coli och Enterococcus faecalis från vatten inom 45 minuter respektive 60 minuter.

Denna nya fotokatalysatormetod är billig och metallfri, vilket förhindrar sekundär förorening av lakade metalljoner under filtreringsprocessen.

Om uppskalad, denna soldrivna metod kan avsevärt förbättra behandlingen av stora mängder vatten. Det har också potential att integreras i dagens desinfektionsteknik för solvatten i länder med begränsad tillgång till sötvatten.

Publicerad i tidskriften Applied Catalysis B:Environmental , Professor Zhang säger att integrering av deras fotokatalysator i solvattendesinfektionsteknik nästan kan säkerställa fullständig och snabb desinfektion på ett mer hållbart sätt.

"Infektionssjukdomar orsakade av vattenburna patogener hotar människors hälsa över hela världen, "sade professor Zhang, som också är direktör för ARC Research Hub för energieffektiv separation.

"Grafitisk kolnitrid har fått stor uppmärksamhet som en metallfri fotokatalysator för vattendesinfektion. Men den har begränsningar i dess förmåga att avlägsna patogener helt med hjälp av fotokatalys. Vad vi har kunnat göra är att smälta grafitisk kolnitrid med PEI för att öka fotokatalytiska egenskaper hos detta material och testa det på vattenburna bakterier. Vi upptäckte att PEI -funktionaliseringen kan, i själva verket, ställa in de fotokemiska reaktionerna på grafitisk kolnitrid. Vi fann att den positivt laddade PEI på grafitisk kolnitrid kan främja kontakten mellan fotokatalysator och bakterieceller (negativt laddad yta) via elektrostatisk vidhäftning, vilket kan göra det möjligt för reaktiva syrearter att döda de instängda bakteriecellerna. "

En tidigare studie publicerad av forskargruppen i ACS -katalys hittade PEI på grafitisk kolnitrid som en fällplats för fotoinducerade hål. Genom det här, PEI kan ställa in de fotokemiska reaktionerna för att generera mer reaktiva syrearter för bakterieinaktivering.

Genom denna process, PEI ändrar ytladdningen för den sammansatta fotokatalysatorn till positiv; i naturen, ytan på bakterieceller är negativt laddad på grund av de specifika delarna av deras cellstruktur.

Som sådan, den positivt laddade PEI på grafitiskt kolnitrat kan främja kontakt mellan fotokatalysator och bakterieceller via elektrostatisk vidhäftning. På det här sättet, PEI fångar bakteriecellerna i vatten. De fångade cellerna dödas sedan av de genererade reaktiva syrearterna genom fotokatalys.

Genom denna process, under strålning av solsken, forskargruppen kunde ta bort 99,99 procent av E.coli från vatten på 45 minuter, och samma andel Enterococcus faecalis inom 60 minuter.

"Denna PEI -funktionaliseringsprocess är enkel. Den kan delas med desperata samhällen över hela världen efter att ytterligare forskning har gjorts om utveckling av fotokatalysanordningar, "Sade professor Zhang.

Professor Xiwang Zhang (Monash University, Chemical Engineering) ledde studien, med titeln "Kooperativt modulerande reaktiv syrgasartgenerering och bakterie-fotokatalysatorkontakt över grafenkolnitrat med polyetylenimin för snabb vattendesinfektion."