【新唐人北京時間2023年03月21日訊】工業污染造成的水污染是個全球性問題。目前世界上採用的傳統的消毒方法又對環境和人體產生二次傷害，為解決這一問題，美國佐治亞理工學院找到一種利用小電流對水進行快速消毒的方法，不僅節省大量成本，還能將該方法用於電網中，更能使用電池的電源對水源進行消毒工作。該方法在今年被發表到《科學》雜誌上。
傳統的水消毒通常使用強氧化劑（氯離子或臭氧）或其它化學藥劑，以破壞微生物的細胞結構，但化學消毒方法容易產生致癌的消毒副產物，或細菌出現抗藥性等問題。為此又有了紫外光（UV）、熱處理、電場處理或使用光催化劑二氧化鈦等殺菌方法，但這些所需要的條件較高或處理時間較長。
對此，科學家尋找那些能在最短時間內達到滅菌的方法，並加以改良。首先他們想到傳統電場處理（CEFT）。這種方法是水中的細菌接觸到電，細菌的細胞膜就變成電路中的電容器一樣累積電能，最終被電流殺死。但水的低電導率意味著該種方法無法快速殺死細菌，在成本上高於傳統化學消毒法，同時需要施加極高的電壓（通常為幾十千伏）才能完成消毒，有著高能耗和安全方面的問題。
因此，研究人員想到使用局部增強電場（LEEFT）方法達到快速殺菌。他們在該方法上使用一種鍍上金的納米電極（含納米楔），並對電極進行通電，當通電時電荷（電子）會集中，加大電場的強度，最終把電流快速傳至細菌的細胞膜上，達到快速殺死細菌的目的。
為了測試該技術，他們在方形晶片嵌入鍍金納米的電極（含納米楔），再把實驗室和供水系統中常見的葡萄球菌添加到晶片上，並對晶片的電擊施加電脈衝，最後觀察葡萄球菌在顯微鏡下的實際反應情況。
首先，他們對晶片上金電極間隙上施加138伏特（V）電壓時，得到的電場為55 kV/cm-1，並每隔20納秒（ns，十億分之一秒）進行一次脈衝，發現電擊附近只有26.6%的細菌被消滅。為此將電場調至40kV/cm-1，並進行十個20納秒的脈衝後，有95.1%的細菌成功被殺死。
另外，他們對LEEFT與CEFT（無納米楔）進行殺菌速度性比較。發現CEFT在2,000納秒長時間脈衝中，能以40kV/cm-1電場實現大於95%的細菌滅活效果，但在LEEFT中只需12kV/cm-1電場就能達到該效果，其原因是納米楔尖端處增強了電場效果。
另外，在更短的脈衝LEEFT的優勢更加明顯。當CEFT使用短脈衝寬度進行殺菌時，發現殺菌效果會急劇下降，而LEEFT只有輕微下降。因此與傳統的CEFT相比，該種LEEFT將殺菌時間縮短了100萬倍。
該實驗研究員王婷（音譯，Ting Wang）博士對佐治亞理工學院新聞室表示，「從理論上講納秒脈衝太短，無法在傳統電場處理中殺死細菌，因為破壞細菌的外層需要時間，但這種新的納秒脈衝卻能超快速殺菌。這歸功於LEEFT的納米楔和納米結構，讓細菌細胞膜直接接觸到電荷後被破壞。」
她還表示，「我們發現一般的納秒脈衝跟LEEFT一樣也可以殺細菌，但LEEFT對水進行消毒去污時，所需的電力較少，使得它成為一種大家能負擔得起的選擇，也預示著未來生產清潔的水時，對環境造成的影響會更小。」
該大學土木與環境工程學院助理教授謝星（音譯，Xing Xie）也表示，「這是一項非常新的消毒技術，我們希望先進行小規模示範，最後再進行大規模的淨水。」
（轉自大紀元/責任編輯：葉萍）
