Elke dag, meer dan 141 miljard liter water wordt alleen gebruikt om toiletten door te spoelen. Met miljoenen wereldburgers die waterschaarste ervaren, wat als dat bedrag met 50% kan worden verlaagd?

De mogelijkheid kan bestaan ​​door onderzoek uitgevoerd in Penn State, vandaag (18 november) uitgebracht in Natuur Duurzaamheid .

"Ons team heeft een robuuste bio-geïnspireerde, vloeistof, slib- en bacterieafstotende coating die een toilet in wezen zelfreinigend kan maken, " zei Tak-Sing Wong, Wormley Early Career Professor of Engineering en universitair hoofddocent werktuigbouwkunde en biomedische technologie.

In het Wong Laboratory for Nature Inspired Engineering, ondergebracht bij de faculteit Werktuigbouwkunde en het Materials Research Institute, onderzoekers hebben een methode ontwikkeld die de hoeveelheid water die nodig is om een ​​conventioneel toilet door te spoelen drastisch vermindert, waarvoor meestal 6 liter nodig is.

Mede ontwikkeld door Jing Wang, een doctoraal afgestudeerde van Wong's lab, de vloeistof-verankerde gladde oppervlakte (LESS) coating is een tweestaps spray die, onder andere toepassingen, kan worden toegepast op een keramische toiletpot. De eerste spuit, gemaakt van moleculair geënte polymeren, is de eerste stap in het bouwen van een extreem gladde en vloeistofafstotende foundation.

"Als het droog is, de eerste spray laat moleculen groeien die op kleine haartjes lijken, met een diameter van ongeveer 1, 000, 000 keer dunner dan die van een mens, ' zei Wang.

Hoewel deze eerste toepassing een extreem glad oppervlak creëert zoals het is, de tweede spray brengt een dunne laag glijmiddel aan rond die nanoscopische "haartjes" om een ​​superglad oppervlak te creëren.

"Als we die coating op een toilet in het laboratorium aanbrengen en er synthetische ontlasting op dumpen, het (de synthetische ontlasting) glijdt gewoon helemaal naar beneden en er blijft niets aan plakken (het toilet), ' zei Wang.

Met dit nieuwe gladde oppervlak, de toiletten kunnen residu effectief uit de kom verwijderen en het afval afvoeren met slechts een fractie van het water dat eerder nodig was. De onderzoekers voorspellen ook dat de coating ongeveer 500 spoelbeurten in een conventioneel toilet meegaat voordat een nieuwe smeermiddellaag nodig is.

Terwijl andere met vloeistof doordrenkte gladde oppervlakken uren nodig hebben om uit te harden, de MINDER tweestapscoating duurt minder dan vijf minuten. De experimenten van de onderzoeker vonden ook dat het oppervlak bacteriën effectief afstootte, vooral degenen die besmettelijke ziekten en onaangename geuren verspreiden.

Als het op grote schaal zou worden aangenomen in de Verenigde Staten, het zou kritieke middelen kunnen richten op andere belangrijke activiteiten, naar door droogte geteisterde gebieden of naar regio's met chronische waterschaarste, aldus de onderzoekers.

Gedreven door deze humanitaire oplossingen, de onderzoekers hopen ook dat hun werk een impact kan hebben in de derde wereld. De technologie kan worden gebruikt in waterloze toiletten, die over de hele wereld op grote schaal worden gebruikt.

"Kak die aan het toilet blijft plakken is niet alleen onaangenaam voor gebruikers, maar het brengt ook ernstige gezondheidsproblemen met zich mee, ' zei Wong.

Echter, als een waterloos toilet of urinoir de LESS-coating heeft gebruikt, het team voorspelt dat dit soort armaturen aantrekkelijker en veiliger zouden zijn voor wijdverbreid gebruik.

Om deze problemen in zowel de Verenigde Staten als de rest van de wereld aan te pakken, Wong en zijn medewerkers, Wang, Birgitt Boschitsch, en Nan Sun, alle werktuigbouwkunde alumni, een start-up onderneming begonnen.

Met steun van de Ben Franklin Technology Partners' TechCelerator, de Nationale Wetenschapsstichting, het ministerie van Energie, het bureau voor marine-onderzoek, de Rice Business Plan-competitie en Y-Combinator, hun bedrijf, vlekloze materialen, brengt de LESS coating al op de markt.

"Ons doel is om impactvolle technologie op de markt te brengen, zodat iedereen ervan kan profiteren, " zei Wong. "Om de impact van onze coatingtechnologie te maximaliseren, we moeten het uit het lab zien te krijgen."

Ergens naar uitkijken, het team hoopt dat spotLESS Materials een rol zal spelen bij het in stand houden van de watervoorraden in de wereld en het bereik van hun technologie zal blijven uitbreiden.

"Als onderzoeker in een academische setting, mijn doel is om dingen uit te vinden waar iedereen van kan profiteren, ' zei Wong. 'Als Penn Stater, Ik zie deze cultuur versterkt worden door ondernemerschap, en ik ben enthousiast om bij te dragen."