無氯且環境友善之高速水殺菌法

 

刊登日期:2023/4/13
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美國喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)開發了一項利用較小電氣衝擊且低環境負荷之高速水殺菌方法。為了確保公共給水之安全衛生,自來水多以加氯消毒處理,但生成有害的「化學副產物」亦成為待解決的課題。對此,可望取代氯消毒等化學方法之物理滅菌方法的研究持續推進,電解處理殺菌即為其一。

既有的電解處理法(Conventional Electric Field Treatment; CEFT)適用於低溫殺菌食品等用途。此方法是在平行板電極之間施加微秒(µs)至毫秒(ms)的高壓電脈衝,使細菌細胞膜如同電路的電容器般作用,將其破壞而殺死細菌。但CEFT應用於自來水殺菌比氯消毒成本更高,且由於使用高電壓,應用範圍有所限制。此外,縮短電脈衝的時間長度雖可縮短殺菌時間,但奈秒級(ns)電脈衝無法在細胞膜中蓄積足夠的電荷以殺死細菌。

有鑑於此,喬治亞理工學院利用具有金奈米突起結構的電極,開發了局部增強電解法(Locally Enhanced Electric Field Treatment; LEEFT)。研究團隊透過顯微鏡觀察了水中細菌對於施加電脈衝後的反應,並確認施加10次20奈秒的40 kV/cm-1電脈衝,可殺死95%的細菌。

相較於CEFT,LEEFT可將滅菌所需的電場強度降低至8分之1,並將處理時間縮短100萬倍。透過細胞膜破壞機制的模擬研究,發現金奈米突起電極前端的細胞膜因避雷針效應而由前端的濃縮電荷直接帶電,細胞膜瞬間被破壞,從而殺死細菌。LEEFT亦可藉由電池或再生能源進行驅動,非常適用於小型飲用水系統。利用瞬間殺菌法可減少所需電力,將可望成為價格低廉且環境負荷較小之衛生設備。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/230310_water-disinfection-method.html
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