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Aug 01, 2023

無毒の粉末は太陽光を利用して汚染された飲料水を迅速に消毒します

2023 年 5 月 18 日 この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされました。 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、次の属性を強調しました。

2023 年 5 月 18 日

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スタンフォード大学による

世界中で少なくとも 20 億人が、病気の原因となる微生物に汚染された水を日常的に飲んでいます。

今回、スタンフォード大学の科学者らは、通常の太陽光にさらされると毎秒数千個の水系細菌を殺す、低コストでリサイクル可能な粉末を発明した。 スタンフォード大学のチームによると、この超高速消毒剤の発見は、安全な飲料水にアクセスできない世界人口の約30％にとって大きな進歩となる可能性があるという。 彼らの結果は、Nature Wateron 5 月 18 日号に掲載されます。

「水系感染症が原因で年間200万人が死亡しており、その大半は5歳未満の子どもだ」と、研究共同主著者でスタンフォード工学部材料科学工学（MSE）の元博士研究員であるトン・ウー氏は述べた。 「私たちは、私たちの新しい技術が水の消毒における革命的な変化を促進し、このエキサイティングな学際的分野でさらなるイノベーションを引き起こすと信じています。」

従来の水処理技術には、有毒な副産物を生成する可能性のある化学物質や、消毒に比較的長い時間がかかり、電源も必要となる紫外線が含まれています。

スタンフォード大学で開発された新しい消毒剤は、紫外線と太陽からの高エネルギー可視光線の両方を吸収することで機能する無害な金属粉末です。 この粉末は、酸化アルミニウム、硫化モリブデン、銅、酸化鉄のナノサイズのフレークで構成されています。

「私たちが使用したのは、これらの材料のごく少量だけです」と、スタンフォード・ドーア・サステナビリティ・スクールの MSE およびエネルギー科学・工学のフォーティネット創設者教授である上級著者であるイー・クイ氏は述べています。 「材料は低コストで、かなり豊富にあります。重要な革新は、水に浸すとすべてが一緒に機能することです。」

太陽から光子を吸収した後、硫化モリブデン/銅触媒は半導体/金属接合のように機能し、光子が電子を追い出すことができます。 解放された電子は周囲の水と反応し、酸素の中で最も生物学的に破壊的な形態の 1 つである過酸化水素とヒドロキシル ラジカルを生成します。 新たに生成された化学物質は、細胞膜に重大な損傷を与えて細菌を急速に殺します。

この研究では、スタンフォード大学のチームは、1 mL [0.03 oz] あたり約 100 万個の大腸菌で汚染された室温の水を入れた 200 ml [6.8 オンス] ビーカーを使用しました。

「私たちは粉末を汚染水に混ぜ込みました」と共同筆頭著者で元MSE博士研究員のBofei Liu氏は語った。 「その後、実際の太陽光の下でスタンフォード大学のキャンパスで消毒テストを実施しましたが、60秒以内に生きた細菌は検出されませんでした。」

粉末状のナノフレークは素早く動き回り、多くの細菌と物理的に接触して細菌を素早く殺すことができると同氏は付け加えた。

太陽光によって生成される化学副産物もすぐに消散します。

「過酸化水素とヒドロキシラジカルの寿命は非常に短いです」と崔氏は言う。 「酸化するバクテリアがすぐに見つからなければ、化学物質は水と酸素に分解され、数秒以内に廃棄されます。そのため、水をすぐに飲むことができます。」

無毒の粉末はリサイクル可能です。 酸化鉄を使用すると、通常の磁石を使用してナノフレークを水から除去できます。 研究では、研究者らは磁気を利用して同じ粉末を30回収集し、30種類の異なる汚染水サンプルを処理した。