Ingenieurs van Monash University hebben een verbeterde methode bedacht om potentieel dodelijke bacteriën te verwijderen, zoals E. coli, uit water met behulp van grafietkoolstofnitride en zonlicht.

Het internationale team, onder leiding van professor Xiwang Zhang van de afdeling Chemische Technologie van de Monash University, gecombineerd grafietkoolstofnitride met polyethyleenimine (PEI) om schadelijke pathogenen E. coli en Enterococcus faecalis binnen respectievelijk 45 minuten en 60 minuten uit het water te vernietigen.

Deze nieuwe fotokatalysatormethode is goedkoop en metaalvrij, die secundaire vervuiling van uitgeloogde metaalionen tijdens het filtratieproces voorkomt.

Indien opgeschaald, deze door zonne-energie aangedreven methode zou de behandeling van grote hoeveelheden water aanzienlijk kunnen verbeteren. Het heeft ook het potentieel om te worden geïntegreerd in de huidige technologie voor desinfectie van water op zonne-energie in landen met beperkte toegang tot zoet water.

Gepubliceerd in het tijdschrift Toegepaste Katalyse B:Milieu , Professor Zhang zegt dat het integreren van hun fotokatalysator in de desinfectietechnologie voor zonne-water bijna zou kunnen zorgen voor een volledige en snelle desinfectie op een meer duurzame manier.

"Besmettelijke ziekten veroorzaakt door watergedragen ziekteverwekkers bedreigen de gezondheid van mensen wereldwijd, " zei professor Zhang, die tevens directeur is van de ARC Research Hub for Energy-efficient Separation.

"Grafitisch koolstofnitride heeft brede aandacht gekregen als metaalvrije fotokatalysator voor waterdesinfectie. het heeft grenzen in zijn vermogen om ziekteverwekkers volledig te verwijderen met behulp van fotokatalyse. Wat we hebben kunnen doen, is grafietkoolstofnitride fuseren met PEI om de fotokatalytische eigenschappen van dit materiaal te versterken en het te testen op watergedragen bacteriën. We ontdekten dat de PEI-functionalisatie kan, in werkelijkheid, afstemmen van de fotochemische reacties op grafietkoolstofnitride. We ontdekten dat de positief geladen PEI op grafietkoolstofnitride het contact tussen fotokatalysator en bacteriecellen (negatief geladen oppervlak) via elektrostatische adhesie zou kunnen bevorderen, waardoor reactieve zuurstofsoorten de gevangen bacteriecellen kunnen doden."

Een eerdere studie gepubliceerd door het onderzoeksteam in ACS Katalyse vond PEI op grafietkoolstofnitride een valplaats voor fotogeïnduceerde gaten. Door dit, PEI kan de fotochemische reacties afstemmen om meer reactieve zuurstofsoorten te genereren voor de inactivatie van bacteriën.

Door dit proces, PEI verandert de oppervlaktelading van de samengestelde fotokatalysator om positief te zijn; in de natuur, het oppervlak van bacteriecellen is negatief geladen vanwege de specifieke delen van hun celstructuur.

Als zodanig, de positief geladen PEI op grafietkoolstofnitraat kan het contact tussen fotokatalysator- en bacteriecellen bevorderen via elektrostatische adhesie. Op deze manier, PEI vangt de bacteriecellen op in water. De gevangen cellen worden vervolgens gedood door de gegenereerde reactieve zuurstofsoorten door middel van fotokatalyse.

Door dit proces, onder zonnelichtstraling, het onderzoeksteam was in staat om 99,99 procent van de E.coli in 45 minuten uit het water te verwijderen, en hetzelfde percentage Enterococcus faecalis binnen 60 minuten.

"Dit PEI-functionalisatieproces is eenvoudig. Het kan worden gedeeld met wanhopige gemeenschappen over de hele wereld nadat er verder onderzoek is gedaan naar de ontwikkeling van fotokatalyse-apparaten, ' zei professor Zhang.

Professor Xiwang Zhang (Monash Universiteit, Chemical Engineering) leidde de studie, getiteld "Coöperatief moduleren van de generatie van reactieve zuurstofsoorten en contact tussen bacteriën en fotokatalysatoren over grafeen-koolstofnitraat door polyethyleenimine voor snelle desinfectie van water."