Çinli bir grup araştırmacı, çok etkili ve çevresel olarak anlamlı olduğunu söyledikleri bir yöntemle içme suyundaki bakterileri arındırmak için yeni bir yöntem geliştirdi.
Grafitik karbon nitrür
Grafitik karbon nitrür olarak andıkları bir bileşiğin iki boyutlu levha yapısı üzerine morötesi ışık yansıtarak 10 litrelik bir su numunesini yalnızca bir saatte temizlediğini söylüyorlar. Böylece zararlı bakterilerin neredeyse tamamı ölmüş oluyor.
Suyun bu şekilde temizlenme biçimine fotokatalitik dezenfeksiyon deniyor ve sıklıkla, ekolojiye dost olmayan klorlama, ozon dezenfeksiyonu gibi sistemlere ciddi bir alternatif olmak üzere hevesle araştırılmaya devam ediyor.
İklim değişikliği ve su kaynaklarının yetersiz hale gelmesi ile bezenmiş bir geleceğe doğru giden dünyamızda içme suyunun temizlenmesi için çevresel bir yol bulunması son derece önemli.
Makalenin tecrübeli yazarlarından Dan Wang, şöyle diyor:
“Fotokatalitik dezenfeksiyon teknolojisinin gelecekte uygulanması temiz suyun bulunabilirliğini artırabilir ve küresel enerji kısıtlamasına da çözüm olabilir”.
Arıtma nasıl gerçekleşiyor?
Bu teknolojinin çalışma biçimi oldukça basit. Suda fotokatalizör olarak çeşitli malzemeler kullanılabiliyor – bunun anlamı, söz konusu malzemelerin ışığı soğurması ve belli ışık dalgaboylarının bulunması ile birlikte suda oluşan oksijen tepkimelerinini hızlandırmak (veya katalizlemek) anlamına geliyor. Bu tepkimeler reaktif oksijen türleri (ROS) olarak bilinen molekülleri oluşturuyor ve bunlar mikroorganizmaları öldürmek için birebir.
Bu amaçla kullanılabilecek çok sayıda metalik katalizörler var, ancak ne yazık ki bunlar suya metal kalıntıları bırakıyor. Metalik olmayan, nanotüp ve grafen gibi katalizörler ise daha güvenli, ancak metalli olanlara göre daha az etkili, yani işin tamamlanması için yeterli ROS üretemiyorlar.
Etkili ve zehirsiz bir çözüm
Pekin’deki Çin Bilimler Akademisi ve Jiangsu’da bulunan Yangzhou Üniversitesi (YZU) pratik, etkili ve zehirsiz bir çözüm bulduklarını düşünüyor. Buradaki temel nokta sentetik, aşırı ince bir malzemenin olması ve ışığı soğurarak bakterilerin ölmesine yetecek kadar ROS üretmesi. Grafitik karbon nitrür enerji depolama potansiyelinden ötürü yıllar boyunca giderek artan bir ilgi görmüş. Yalnızca ışık kullanarak araştırmacılar bu malzemenin iki boyutlu levhalarının kirli suyu hızlıca temizleyebildiğini bulmuş. 50 mililitrelik bir su örneğindeki Escherichia coli bakterisinin %99,999’luk bir kısmının yalnızca 30 dakika içinde öldüğünü gösteren bir ilk test yapılmış. Bu skor, bildiğimiz metalsiz fotokatalizörle elde edilene nazaran beş kat daha hızlı. Bunun ötesinde, tepkime katalizörün yalnızca onda birlik bir kısmını harcıyor.
Yazarlar “Bu çok yüksek etkinlik en iyi metalli fotokatalizörlerle de yarışabilir” diyorlar.
Etkinlik malzemenin benzersiz yapısından ileri geliyor – araştırmacılar levhanın uçlarına karboksil ve karbonil molekülleri yüklemişler, bunlar da bu uçlara ilave elektron çekiyor.
Morötesi ve görünür ışığa maruz kalan bu deney ortamı hidrojen peroksit olarak bildiğimiz bir ROS’u üretiyor. Suda iken bu antiseptik molekül bakterileri hücre duvarlarından geçerek ve hücreyi mahvederek öldürüyor, ardından su ve oksijene bozunuyor.
Maliyeti düşük, ölçeklenebilir bir teknoloji
İşin en mutlu edici tarafı yazarların bunun gibi bir sistemi daha üst ölçekte üretmenin zor olmayacağını söylemeleri. Grafitik karbon nitrür düşük bir maliyetle kolayca üretilebiliyor, sistemin kendisi basit ve bir araya getirilmesi ucuz.
Wang, şöyle diyor: “katalizör ve cihazın ölçeklerinin büyütülmesi zor değil”.
İlk adım olarak bu sonuç güzel, ancak bu prototip diğer kirliliklere sahip su örneklerini temizlemek için tek başına yeterli olmayacaktır.
Wang, şöyle diyor:
“Saflaştırma ağır metal iyonlarının giderilmesi, pH değerinin ayarlanması ve kalıntıların uzaklaştırılması için başka cihazların kullanılmasını gerektiriyor. Su saflaştırma gereksinimlerini karşılamak için diğerleri ile bu sistemi birleştirmemiz gerekecek”