Om du har slut på dricksvatten under en campingtur vid sjön, det finns en enkel lösning:Bryt av en gren från närmaste tall, skala bort barken, och häll långsamt sjövatten genom pinnen. Det improviserade filtret ska fånga alla bakterier, producerar färskt, okontaminerat vatten.
Faktiskt, ett MIT-team har upptäckt att detta lågteknologiska filtreringssystem kan producera upp till fyra liter dricksvatten om dagen-tillräckligt för att släcka törsten hos en typisk person.
I en artikel publicerad i veckan i tidningen PLoS ONE , forskarna visar att en liten bit av träved kan filtrera bort mer än 99 procent av bakterierna E coli från vatten. De säger att storleken på porerna i träved - som innehåller xylemvävnad som utvecklats för att transportera saften längs ett träd - också släpper igenom vatten medan de blockerar de flesta typer av bakterier.
Medförfattare Rohit Karnik, docent i maskinteknik vid MIT, säger att träved är en lovande, låg kostnad, och effektivt material för vattenfiltrering, särskilt för landsbygdssamhällen där mer avancerade filtreringssystem inte är lättillgängliga.
"Dagens filtreringsmembran har porer i nanoskala som inte är något du enkelt kan tillverka i ett garage, "Karnik säger." Tanken här är att vi inte behöver tillverka ett membran, eftersom det är lätt tillgängligt. Du kan bara ta en bit trä och göra ett filter av det. "
Tidningens medförfattare inkluderar Michael Boutilier och Jongho Lee från MIT, Valerie Chambers från Fletcher-Maynard Academy i Cambridge, Massa., och Varsha Venkatesh från Jericho High School i Jericho, N.Y.
Knacka på flödet av saft
Det finns ett antal vattenreningstekniker på marknaden idag, även om många har nackdelar:System som är beroende av klorbehandling fungerar bra i stor skala, men är dyra. Kokande vatten för att avlägsna föroreningar kräver mycket bränsle för att värma vattnet. Membranbaserade filter, medan du kan ta bort mikrober, är dyra, kräver en pump, och kan lätt bli igensatt.
Sapwood kan erbjuda en låg kostnad, småskaligt alternativ. Träet består av xylem, porös vävnad som leder saft från ett träds rötter till kronan genom ett system av kärl och porer. Varje kärlvägg är pockmarkerad med små porer som kallas gropmembran, genom vilken saft väsentligen kan hoppa, flyter från ett kärl till ett annat när det matar strukturer längs ett träds längd. Porerna begränsar också kavitation, en process genom vilken luftbubblor kan växa och spridas i xylem, så småningom dödar ett träd. Xylemets små porer kan fånga bubblor, förhindra att de sprider sig i träet.
"Växter har varit tvungna att ta reda på hur man filtrerar bort bubblor men tillåter enkelt flöde av saft, "Karnik observerar." Det är samma problem med vattenfiltrering där vi vill filtrera bort mikrober men behålla en hög flödeshastighet. Så det är en trevlig slump att problemen är liknande. "
Se rött
För att studera sapvedens vattenfiltreringspotential, forskarna samlade grenar av vit tall och tog av den yttre barken. De skär små delar av träved som är ungefär en tum lång och en halv tum bred, och monterade var och en i plaströr, förseglas med epoxi och säkras med klämmor.
Innan du experimenterar med förorenat vatten, gruppen använde vatten blandat med röda bläckpartiklar från 70 till 500 nanometer i storlek. När all vätska passerat, forskarna skivade trädet på hälften på längden, och observerade att mycket av det röda färgämnet fanns i de allra översta lagren av träet, medan filtratet, eller filtrerat vatten, var tydlig. Detta experiment visade att savträ naturligt kan filtrera bort partiklar som är större än cirka 70 nanometer.
Dock, i ett annat experiment, teamet fann att savved inte kunde separera 20-nanometerpartiklar från vatten, vilket tyder på att det finns en gräns för storleken på partiklar barrträd av ved kan filtrera.
Plocka rätt växt
Till sist, laget flödade inaktiverat, E coli -förorenat vatten genom träfiltret. När de undersökte xylemet under ett fluorescerande mikroskop, de såg att bakterier hade ackumulerats runt gropmembranen i träets första millimeter. Räknar bakteriecellerna i det filtrerade vattnet, forskarna fann att savträet kunde filtrera bort mer än 99 procent av E coli från vatten.
Karnik säger att träved sannolikt kan filtrera de flesta typer av bakterier, varav den minsta mäter cirka 200 nanometer. Dock, filtret kan förmodligen inte fånga de flesta virus, som är mycket mindre i storlek.
Karnik säger att hans grupp nu planerar att utvärdera filtreringspotentialen för andra typer av träved. I allmänhet, blommande träd har mindre porer än barrträd, tyder på att de kanske kan filtrera bort ännu mindre partiklar. Dock, kärl i blommande träd tenderar att vara mycket längre, vilket kan vara mindre praktiskt för att utforma ett kompakt vattenfilter.
Designers som är intresserade av att använda savträ som filtreringsmaterial måste också hitta sätt att hålla träet fuktigt, eller för att torka den samtidigt som xylemfunktionen bibehålls. I andra experiment med torkad savved, Karnik fann att vatten antingen inte rann igenom väl, eller flödade genom sprickor, men filtrerade inte bort föroreningar.
"Det finns stor variation mellan växter, "Karnik säger." Det kan finnas mycket bättre växter där ute som är lämpliga för denna process. Helst, ett filter skulle vara en tunn skiva trä som du kan använda i några dagar, släng sedan den och byt ut den nästan utan kostnad. Det är storleksordningar billigare än avancerade membran på marknaden idag. "
