水は人生にとって不可欠ですが、 2.1億 世界の人口の28パーセントを超える人々は安全な飲料水を入手できない、と国際連合は警告している。

この危機だけでも、暴力や戦争よりも年に死亡者数が増え、非常に劇的であり、子供が水関連疾患で死亡すると、 行動の緊急の必要性.

幸いにも、カーネギーメロン大学（CMU）のバイオメディカルエンジニアと化学技術者には解決策があります。

それらの方法は種子の特性にある。

彼らは多くの発展途上国で容易に利用可能であることがわかった砂と植物材料を使用します - によって考え出されたアイデア ステファニー・ビレゴル元CMU博士課程の学生で、現在はペンシルバニア州立大学ペンシルバニア州立大学の化学工学教授。砂- 安価で効果的な水ろ過媒体を開発すること。

この研究はジャーナルに掲載されています ACSラングミュア.

“ f-sand”とは何ですか？

F-sandは、熱帯および亜熱帯の気候で良好に生育できるインド原産の樹木であるMoringa oleiferaの種子タンパク質を使用しています。 典型的には、その商業的に価値のある食用油および油のために樹木が栽培され、その種子は一種の低品位浄水処理に用いられてきた。

しかし、この初歩的な精製では種子から大量の溶存有機炭素が残されるため、24時間でバクテリアが再増殖する可能性があるため、水を飲むことができる劇的に短い時間枠が残されます。

この問題を回避するために、Velegoはこの方法と開発地域で一般的な砂ろ過技術を組み合わせる考えを持っていました。

これは、f-sandは、反対の電荷が引き付けられるという考えに完全に基づいているからです ボブティルトンCMUの化学工学および生物医工学のシェブロン教授。

「砂はほとんど負に帯電しています。 Moringa oleiferaの種子からのタンパク質は正電荷を帯びており、飲用にするために水から除去する必要がある大部分の浮遊汚染物質（浮遊粘土またはその他の鉱物粒子、バクテリア、分解有機物質）は負電荷を帯びています。 " 彼は言った。

使い方

ティルトン氏は、f-sandを調製するために、まず水溶性タンパク質を粉砕し、水に浸すことによって種子から抽出することを説明しました。 次いで、得られた溶液をスラリーと呼ばれる砂と水との非常に厚い湿潤混合物に注ぐ。

このとき、砂の負電荷がタンパク質の正電荷に引き寄せられ、タンパク質が砂に付着し、続いて「fサンド」が生成されます。その後、余分な水を排出してfサンドを注ぐことができます。列に入れます。

このカラムは、底にメッシュが付いたPVCパイプや竹のような材料で作ることができます。

次に、砂を使用するには、単にカラムに水を注ぐだけで、負に帯電した汚染物質は砂粒上の正に帯電したタンパク質に付​​着し、簡単で手際の良いろ過システムを作り出します。

「ステファニーの考えは、汚染物質を凝集させるタンパク質を砂に閉じ込め（砂とタンパク質の電荷を知って）、その後砂をすすぐことができれば、微生物の再成長を防ぐために残留有機化合物を劇的に減らすことができる」ティルトンは言った。

脂肪酸の調査

基本的なプロセスが効果的であることが証明されていますが、研究者はまだf-sandの作成と使用に関して多くの質問をしていました。 Todd Stuebing PrzybycienCMUの化学工学教授が答えようとしていた。

1つには、エンジニアは、Moringa oleiferaの商業的に価値のある側面である脂肪酸と油がタンパク質の吸収プロセスに関与しているかどうかを知りたがっていました。

全体として、脂肪酸を除去することはタンパク質の吸収にほとんど影響を及ぼさないことを発見した。これは、地域の人々が、水のろ過のためにタンパク質を抽出することができる一方で、

濃度レベル

さらに、研究者は、有効な産物を作り出すために必要な種子タンパク質の濃度を理解することを望んでいました。

言い換えれば、正味の正味電荷を作り出すために、砂粒子の負電荷を克服するのに十分な正に帯電したタンパク質があることを確認する必要があった。

これはf-sandが働くためには不可欠です。

チームは「流動電位測定」と呼ばれる手法を使用して、砂の電荷が表面のタンパク質の量にどのように依存しているかを判断しました。

研究者らは、この物質をマイナスからプラスに切り替えるためには、微量の微生物だけが必要であることを発見し、人々が植物材料を節約できるようにしました。

さらに、ろ過技術が高度の柔軟性を発揮できるかどうかを判断するために、様々な含水量を測定しました。

「表面に吸着するタンパク質の量は、表面を浸す「大量の」水中のタンパク質の濃度によって直接制御されます。 天然水含有量の広い変動をとらえるために、軟水、中程度の硬さ、硬い水を表すさまざまな水分組成について、吸着量とバルク水分濃度の関係を測定しました」とTilton氏は述べています。

TiltonとPrzybycienは、タンパク質が軟水と硬水の両方の条件下で砂によく吸収され、ろ過プロセスが幅広い領域にわたって使用される可能性があることを示しました。

次のステップ

これまでのところ、調査はルワンダのVelegolによってテストされており、Tiltonのチームは現在、f-sandで機能する最低タンパク質濃度とf-sandの性能の限界を決定するためのテストを実行しています。

「タンパク質による砂被覆率のわずかな変化がモデルの濁り水を明確にするためにf-砂柱の性能をどのように変えるかを現在テスト中です - 本当に最低限のタンパク質濃度で操作する場合のプロセスの堅牢性を確かめるために」 。 「私たちはまた、Fサンドの性能の限界を見いだすためのテストも行っています。例えば、原水に高濃度の有機物が存在するとFサンドを圧倒し、浮遊物質を除去する能力を妨げる可能性があるかどうかを調べます。」

彼らは経済分析を行っていませんが、Moringaの豊富さがf-sandをかなり手頃な価格にすると信じています。

「モリンガは、砂質土で熱帯地域でよく育ちます。 それで、木を成長させる可能性があるところはどこでも、利用可能なたくさんの砂があるでしょう（そして砂はそれを塩溶液で洗い流すことによって再利用することができます）、とTiltonは言いました。 モリンガはまた、非常に急成長している木です。 非常に低濃度のタンパク質でも砂の電荷をマイナスからプラスに変えるのに十分であるという事実について良いことは、原則としてそれが種子資源をさらに前進させることができるということです。

また、ツールはほとんど必要なく、簡単な作業が必要なため、f-sandはローカルユーザーが簡単に適応できるとTilton氏は説明しています。

「システムは非常にローカライズされたレベルで、おそらく個人の家庭レベルでさえも動作するように設定することができます」と彼は言った。

この研究は、この新しい技術を、世界各地のコミュニティに清潔な水をもたらすことができる比較的低コストの技術として、現場に一歩近づけています。