На самом деле команда MIT обнаружила, что эта не использующая высокие технологии система фильтрации может произвести до четырех литров питьевой воды день – достаточно, чтобы подавить жажду типичного человека.В работе, опубликованной на этой неделе в журнале PLoS ONE, исследователи демонстрируют, что маленькая часть заболони может отфильтровать больше чем 99 процентов бактерий E. coli от воды. Они говорят размер пор в заболони – который содержит ткань ксилемы, развитую, чтобы транспортировать сок, длина дерева – также позволяет воду через, блокируя большинство типов бактерий.Соавтор Рохит Карник, адъюнкт-профессор машиностроения в MIT, говорит, что заболонь – обещание, недорогой, и эффективный материал для водной фильтрации, особенно для сельских общин, где более продвинутые системы фильтрации не с готовностью доступны.
«У сегодняшних мембран фильтрации есть наноразмерные поры, которые не являются чем-то, что Вы можете произвести в гараже очень легко», говорит Карник. «Идея вот состоит в том, что мы не должны изготовлять мембрану, потому что это легко доступно. Вы можете просто взять кусок дерева и сделать фильтр из него».
Среди соавторов газеты Майкл Бутилир и Джонго Ли из MIT, Валери Чемберс из Академии Флетчера-Мэйнарда в Кембридже, Массачусетс и Varsha Venkatesh из Иерихонской Средней школы в Иерихоне, Нью-ЙоркУкол потока сокаЕсть много технологий очистки воды на рынке сегодня, хотя многие идут с недостатками: Системы, которые полагаются на работу обработки хлора хорошо над крупными масштабами, но являются дорогими.
Кипящая вода, чтобы удалить загрязнители требует, чтобы много топлива нагрело воду. Основанные на мембране фильтры, в то время как способный, чтобы удалить микробы, дорогие, требуют насоса и могут стать легко забитыми.Заболонь может предложить недорогую, небольшую альтернативу. Лес состоит из ксилемы, пористая ткань, которая проводит сок от корней дерева до его короны через систему судов и пор.
Каждая стенка сосуда рябая с крошечными порами, названными мембранами ямы, через которые сок может по существу классики, вытекая из одного судна другому, поскольку это кормит структуры вдоль длины дерева. Поры также ограничивают кавитацию, процесс, которым пузырьки воздуха могут вырасти и распространиться в ксилеме, в конечном счете убив дерево. Крошечные поры ксилемы могут заманить пузыри в ловушку, препятствуя тому, чтобы они распространились в лесу.«Заводы должны были выяснить, как отфильтровать пузыри, но позволить легкий поток сока», Карник наблюдает. «Это – та же самая проблема с водной фильтрацией, где мы хотим отфильтровать микробы, но поддержать высокую скорость потока жидкости.
Таким образом, это – хорошее совпадение, что проблемы подобны».Красное наблюдениеЧтобы изучить фильтрующий воду потенциал заболони, исследователи собрали ветви сосны Веймутова и разделись от внешней коры.
Они сокращают маленькие разделы заболони, имеющей размеры приблизительно один дюйм длиной и половина дюйма шириной, и установили каждого в пластмассовом шланге трубки, запечатанном с эпоксидной смолой, и обеспечили с зажимами.Прежде, чем экспериментировать с загрязненной водой, группа использовала воду, смешанную с частицами красных чернил в пределах от 70 – 500 миллимикронов в размере. После всей жидкости, через которую проходят, исследователи нарезали заболонь в половине продольно и заметили, что так большая часть красной краски содержалась в очень верхних слоях леса, в то время как фильтрат, или фильтровал воду, было ясно. Этот эксперимент показал, что заболонь естественно в состоянии отфильтровать частицы, больше, чем приблизительно 70 миллимикронов.
Однако в другом эксперименте, команда нашла, что заболонь была неспособна выделить частицы на 20 миллимикронов от воды, предположив, что есть предел размеру частиц, которые может отфильтровать хвойная заболонь.Выбор правого заводаНаконец, команда текла инактивированная, E. coli-загрязненная вода через деревянный фильтр. Когда они исследовали ксилему под флуоресцентным микроскопом, они видели, что бактерии накопились вокруг мембран ямы в первых нескольких миллиметрах леса.
Считая бактериальные клетки в фильтрованной воде, исследователи нашли, что заболонь смогла отфильтровать больше чем 99 процентов E. coli от воды.Карник говорит, что заболонь, вероятно, может отфильтровать большинство типов бактерий, самая маленькая из которых измеряют приблизительно 200 миллимикронов. Однако фильтр, вероятно, не может заманить в ловушку большинство вирусов, которые намного меньше в размере.
Карник говорит, что его группа теперь планирует оценить потенциал фильтрации других типов заболони. В целом у цветущих деревьев есть меньшие поры, чем хвойные деревья, предполагая, что они могут быть в состоянии отфильтровать еще меньшие частицы. Однако суда в цветущих деревьях имеют тенденцию быть намного более длинными, который может быть менее практичным для проектирования компактного водного фильтра.Проектировщики заинтересовали использованием заболони, поскольку материал фильтрации должен будет также найти способы держать деревянную влажность или высушить ее, сохраняя функцию ксилемы.
В других экспериментах с сушеной заболонью Karnik нашел, что вода или не текла через хорошо, или текла через трещины, но не отфильтровывала загрязнителей.«Между заводами есть огромное изменение», говорит Карник. «Могли быть намного лучшие заводы там, которые подходят для этого процесса. Идеально, фильтр был бы тонкой частью древесины, которую Вы могли использовать в течение нескольких дней, затем выбросить его и не заменить по почти никакой стоимости.
Это – порядки величины, более дешевые, чем мембраны высокого уровня на рынке сегодня».Это исследование было поддержано паромом Джеймса Х. Фонд младший для Инноваций в Образовании Исследования.