High permeation, biodegradable hydrogel based flow-through reactor for water disinfection with controlled silver release

渗透 溶解 水消毒 壳聚糖 水处理 生物降解 污染 材料科学 化学工程 化学 纳米技术 环境科学 环境工程 有机化学 生物化学 生态学 生物 工程类
作者
Navneet Kaur Dhiman,Shekhar Agnihotri,S. M. Reddy
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:489: 151335-151335 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.151335
摘要

Innovative disinfection strategies for clean water access demand manufacturing and operational simplicity, offering benefits for technology adoption. A hydrogel reactor composed of chitosan/graphene oxide/nano-Ag (CS/GO/Ag) achieves complete disinfection of real water resources contaminated with natural and biomedical contaminants, present concomitantly at higher contamination levels (104-106 CFU mL−1). The hydrogel exhibits remarkable mechanical stability and maintains shape without permanent deformation through dynamic swelling behaviour. Its open-ended, porous network allows rapid water permeation with tuneable hydrophilicity to maximize hydrogel-water interactions for disinfection. Hydrogel is reusable while achieving complete disinfection and maintains a controlled silver release (87.4 ppb, 0.07 % rate) within safety limits through restricted oxidative-dissolution of immobilized AgNPs. A distinct species-specific disinfection potential was observed for completely eradicating four natural/biomedical pathogens within 120 min. The CS/GO/Ag hydrogel employs a multifaceted mechanism to combat bacteria and appears virtually non-toxic to humans along with desirable soil biodegradability, promising safer and sustainable use. In continuous-flow, the hydrogel disinfected over 30 L of contaminated water (initial count, 105 CFU mL−1) without regeneration. A consistent disinfection performance across various natural water resources, easy flow-through design, and the suitability of Weibull model highlights CS/GO/Ag hydrogel's potential for large-scale disinfection, effectively addressing water purification challenges.
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