全世界至少有20亿人经常饮用被致病微生物污染的水。现在，斯坦福大学的科学家发明了一种低成本、可回收的粉末，当暴露在普通阳光下时，每秒可杀死数千个水生细菌。斯坦福团队表示，这种超快速消毒剂的发现对于世界上近30%无法获得安全饮用水的人口而言可能是一项重大进步。他们的结果于5月18日发表在《自然水》杂志上。

“水传播疾病每年导致200万人死亡，其中大多数是5岁以下的儿童，”该研究的共同主要作者、斯坦福工程学院材料科学与工程(MSE)前博士后吴童说。“我们相信，我们的新技术将促进水消毒的革命性变化，并在这个令人兴奋的跨学科领域激发更多创新。”

传统的水处理技术包括会产生有毒副产物的化学品和需要相对较长时间进行消毒并需要电源的紫外线。

斯坦福大学开发的新型消毒剂是一种无害的金属粉末，通过吸收来自太阳的紫外线和高能可见光发挥作用。该粉末由氧化铝、硫化钼、铜和氧化铁的纳米级薄片组成。

“我们只使用了少量的这些材料，”资深作者、斯坦福多尔可持续发展学院MSE和能源科学与工程的Fortinet创始人教授YiCui说。“这些材料成本低，而且相当丰富。关键的创新是，当浸入水中时，它们会一起发挥作用。”

快速、无毒且可回收

在吸收来自太阳的光子后，硫化钼/铜催化剂的性能类似于半导体/金属结，使光子能够驱逐电子。释放的电子然后与周围的水发生反应，产生过氧化氢和羟​​基自由基——一种最具生物破坏性的氧形式。新形成的化学物质会严重破坏细胞膜，从而迅速杀死细菌。

在这项研究中，斯坦福团队使用了一个200毫升[6.8盎司]的烧杯，其中装有每毫升[.03盎司]约100万个大肠杆菌污染的室温水。

“我们将粉末搅拌到受污染的水中，”前MSE博士后的共同主要作者刘博飞说。“然后我们在斯坦福校园里进行了真实阳光下的消毒测试，60秒内，没有检测到活菌。”

他补充说，粉状纳米薄片可以快速移动，与大量细菌发生物理接触并快速杀死它们。

阳光产生的化学副产品也会迅速消散。

“过氧化氢和羟​​基自由基的寿命非常短，”崔说。“如果他们不立即发现细菌进行氧化，这些化学物质就会分解成水和氧气，并在几秒钟内被丢弃。所以你可以马上喝水。”

无毒粉末也是可回收的。氧化铁使纳米薄片可以用普通磁铁从水中去除。在这项研究中，研究人员利用磁力收集同一种粉末30次，以处理30种不同的受污染水样。

“对于徒步旅行者和背包客，我可以想象携带少量粉末和一块小磁铁，”崔说。“白天，你将粉末放入水中，在阳光下稍微摇晃一下，一分钟内就有饮用水了。你用磁铁取出颗粒以备后用。”

他补充说，这种粉末也可能用于目前使用紫外线灯对处理过的水进行消毒的废水处理厂。

“在白天，这种植物可以利用可见光，这比紫外线的作用要快得多，而且可能会节省能源，”崔说。“纳米薄片相当容易制造，并且可以迅速按吨放大。”

该研究主要针对大肠杆菌，它会导致严重的胃肠道疾病，甚至可能危及生命。美国环境保护署将饮用水中大肠杆菌的最大污染物水平目标设定为零。斯坦福团队计划在其他水传播病原体上测试这种新粉末，包括病毒、原生动物和寄生虫，这些病原体也会导致严重的疾病和死亡。