הזרע שיכול להביא מים נקיים למיליונים

מה המדע יודע על מים? (יולי 2019).

Anonim

על פי האו"ם, 2.1 מיליארד בני אדם חסרים גישה לשירותי מי שתייה מנוהלים בבטחה, שרובם מתגוררים במדינות מתפתחות.

פרופסור להנדסה ביו-רפואית והנדסה כימית של אוניברסיטת קרנגי מלון, בוב טילטון וטוד פריזיביין, כתב לאחרונה מאמר עם Ph.D. בריטאני נורדמרק וטוני בכטל, ובוגר ג'ון ריילי, שיחדד עוד יותר את התהליך שעשוי לסייע בקרוב לספק מים נקיים לרבים באזורי מים נדירים. התהליך, שנוצר על ידי תלמידו לשעבר של טילטון ושותפו לשעבר, סטפני ואלגול, משתמש בחומרי חול וצמחים הזמינים במדינות מתפתחות רבות כדי ליצור מדיום סינון מים זול ויעיל, המכונה "F-sand".

"F- חול" משתמש חלבונים מן צמח Oleifera מורינגה, עץ יליד הודו שגדל היטב באקלים טרופיים וסובטרופיים. העץ מעובד עבור מזון ושמנים טבעיים, ואת הזרעים משמשים כבר עבור סוג של טיהור מים ראשוני. עם זאת, אמצעי זה המסורתית של טיהור משאיר מאחור כמויות גבוהות של פחמן אורגני מומס (DOC) מן הזרעים, המאפשר חיידקים regrow לאחר רק 24 שעות. זה משאיר רק חלון קצר שבו המים הוא לשתיה.

Velegol, שהוא עכשיו פרופסור להנדסה כימית באוניברסיטת פן סטייט, היה הרעיון לשלב את השיטה של ​​טיהור מים עם שיטות סינון חול נפוץ באזורים מתפתחים. על ידי חילוץ חלבונים זרע ספיחה (דבקות) אותם על פני השטח של חלקיקי סיליקה, המרכיב העיקרי של חול, היא יצרה חול חול. F- חול גם הורג מיקרואורגניזמים ומקטין עכירות, היצמדות חלקיקים וחומר אורגני. אלה מזהמים בלתי רצויים DOC אז ניתן לשטוף החוצה, משאיר את המים נקיים יותר, ואת F- חול מוכן לשימוש חוזר.

בעוד התהליך הבסיסי הוכח ויעיל, עדיין היו שאלות רבות סביב הבריאה של F- חול ושימוש-שאלות Tilton ו Przybycien החליט לענות.

האם בידוד חלבונים מסוימים מזרעי מ 'אוליפרה יגבירו את יעילות החולצה? האם חומצות השומן והשמנים הנמצאים בזרעים החשובים לתהליך ספיחה? איזו השפעה תהיה לתנאי המים? מה הריכוז של חלבונים יש צורך ליצור מוצר יעיל?

התשובות לשאלות אלה יכולות להיות השלכות גדולות על העתיד של חול.

פיצול

הזרע של מ 'אולייפרה מכיל לפחות שמונה חלבונים שונים. הפרדת חלבונים אלה, תהליך המכונה חלוקה, יביא צעד נוסף לתהליך. לפני המחקר, המחברים תיארו כי בידוד חלבונים מסוימים עשוי לספק מוצר מוגמר יעיל יותר.

עם זאת, במהלך הבדיקה, טילטון ו Przybycien מצא כי זה לא היה המקרה. לחלוקת החלבונים לא הייתה השפעה ניכרת על יכולתם של החלבונים לספוג את חלקיקי הסיליקה, כלומר, צעד זה היה מיותר לתהליך יצירת החול.

הממצא כי חלוקה מיותרת הוא יתרון במיוחד לתרחיש חסר משאבים שבו F- חול נועד להיות מנוצל. השארת שלב זה מחוץ לתהליך מסייע לקצץ בעלויות, להפחית את דרישות העיבוד ולפשט את התהליך הכולל.

חומצות שומן

אחת הסיבות העיקריות מ 'Oleifera הוא מעובד כרגע הוא עבור חומצות שומן ושמנים שנמצאו הזרעים. אלה מופקים ונמכרים מסחרית. Tilton ו Przybycien היו מעוניינים לדעת אם אלה חומצות שומן יש השפעה על תהליך ספיגת חלבון גם כן.

הם מצאו כי בדומה לחלוקה, הסרת חומצות השומן היתה השפעה מועטה על היכולת של החלבונים כדי adsorb. לממצא זה יש השלכות מועילות על המבקשים ליישם תהליך זה באזורים המתפתחים. מאחר ונוכחותם או היעדרם של חומצות השומן בזרעים אינם משפיעים על היצירה או הפונקציה של חול-חול, אנשים באזור יכולים להסיר ולמכור את השמן בעל הערך המסחרי, ועדיין להיות מסוגלים לחלץ את החלבונים מהזרעים הנותרים סינון מים.

ריכוז

פרמטר נוסף של תהליך ייצור F- חול כי טילטון ו Przybycien נבדק היה ריכוז של חלבונים זרע צורך ליצור מוצר יעיל. הריכוז הנדרש יש השפעה רבה על כמות הזרעים הנדרשים, אשר בתורו יש השפעה ישירה על היעילות הכוללת ואת העלות האפקטיבית.

המפתח להשגת הריכוז הנכון הוא להבטיח כי יש מספיק חלבונים חיובי חיובי כדי להתגבר על המטען השלילי של חלקיקי סיליקה שאליה הם מחוברים, יצירת חיוב חיובי נטו. חיוב חיובי זה הוא חיוני כדי למשוך את החומר הטעון שלילי, חלקיקים, ומיקרובים מזוהמים את המים.

זה מתייחס שיפור פוטנציאלי נוסף לטיפול במי שתייה נחקר על ידי טילטון, Przybycien, ו Nordmark בפרסום נפרד. בפרויקט זה, הם השתמשו חלבונים זרע כדי קרישה מזהמים במים לפני סינון חול f. זה גם מסתמך על השליטה על תשלום של מזהמים, אשר קרישה כאשר הם מנוטרלים. החלת יותר מדי חלבון יכול over-charge את מזהמים ו לדכא קרישה.

"יש פה נקודה מתוקה באמצע", אומר טילטון, "והיא טמונה בפרטי האופן שבו החלבונים השונים בתערובות חלבונים אלו מתחרים זה בזה על ספיחה על פני השטח, אשר נטו להרחיב את הנקודה המתוקה. "

טווח רחב זה של ריכוזים אומר כי לא רק יכול ליצור תהליכי טיפול במים בריכוזים נמוכים יחסית, ובכך לשמר חומרים, אבל יש סיכון קטן של גרימת זיהום מים בטעות על ידי overhooting הריכוז. באזורים שבהם מדידות מדויקות עשוי להיות קשה לעשות, זה חיוני.

קשיות מים

קשיות המים מתייחס לכמות המינרלים המומסים במים. למרות מעבדות לעיתים קרובות להשתמש במים deionized, בתהליך שנועדו להיות מיושם על פני מגוון של סביבות בעולם האמיתי, החוקרים צריכים להתכונן גם מים רכים תנאי קשה.

Tilton ו Przybycien מצאו כי החלבונים היו מסוגלים לספוג היטב את חלקיקי סיליקה, וכן להקריש זיהום מושעה, בתנאים רכים וקשים כאחד. משמעות הדבר היא כי התהליך יכול להיות בר קיימא על פני מגוון רחב של אזורים, ללא קשר לקשיות המים.

טילטון ו Przybycien לאחרונה פירסם מאמר על מחקר זה, "מורינגה oleifera זרע חלבון ספיחה לסיליקה: השפעות של קשיות מים, חלוקה, וחומצה חומצת מיצוי", ב ACS Langmuir.

בסך הכל, המסקנות כי טילטון, Przybycien, וחבריהם הסופרים היו מסוגלים להגיע יש יתרונות גדולים עבור אלה במדינות מתפתחות מחפש טופס זול וזמין בקלות של טיהור מים. עבודתם מעבירה את החידוש החדשני הזה צעד אחד קרוב יותר לשדה, ומסייעת לגבש את הנתיב שייתכן ויום אחד יראו חולצות פרושות בקהילות ברחבי העולם המתפתח. הם הוכיחו כי תהליך ייצור החלב מציג גמישות גבוהה, שכן הוא מסוגל לעבוד במגוון של תנאי מים וריכוזי חלבון ללא צורך בנוכחות חומצות שומן או צורך בחלוקה.

"זה תחום שבו המורכבות עלולה להוביל לכישלון - ככל שהוא מורכב יותר, כך יש יותר סיכוי שמשהו ישתבש", אומר טילטון. "אני חושב שהשורה התחתונה היא שזה תומך ברעיון שהטכנולוגיה הפשוטה יותר יכולה להיות טובה יותר".

menu
menu