Grafenförbättrad vattenrening (avslutat)

Resultat

Vattenrening är den vanligaste lösningen på de globala problem som orsakas av vattenbrist. Lågt motstånd mot biologisk nedsmutsning är en av de vanligaste utmaningarna i den nuvarande vattenreningsteknologin. Vårt mål är att utveckla skalbara och billiga tekniker för att effektivt lösa problem med biologisk nedsmutsning och främja nuvarande vattenrening.

I praktiken har vi utvecklat en unik bläckstråle-skrivarteknik för att tillverka rena grafenbeläggningar med mängder av vertikalt stående flagor. Deras antimikrobiella prestanda har utforskats genom två oberoende tester. I Hygicult TPC-testet är det mikrobiella antalet på de vertikala grafenbeläggningarna försumbar jämfört med den för horisontell grafenbeläggning. I cellinfärgnings-testet framkommer att endast de vertikala grafenproverna är utan fläckar. Vi drar därmed slutsatsen att de tryckta vertikala grafenbeläggningarna uppvisar utmärkt antimikrobiell prestanda. Med tanke på den enkla, skalbara och billiga bearbetningen med bläckstråleskrivare tror vi att tekniken har stor potential att ta itu med problem kring biologisk nedsmutsning och väsentligt bidra till den växande marknaden för vattenrening.

Vi tror att den effektiva antimikrobiella prestandan hos vertikala grafenbeläggningar är resultatet av den unika 2D-flagsstrukturen för grafen och deras vertikala orientering, som interagerar med de mikrobiella cellerna på ett ortogonalt sätt och avsevärt ökar chansen att döda cellerna genom fysisk störning.

Ett enkelt sätt att kommersialisera den vertikala grafenbeläggningstekniken är att integrera den med kommersiell vattenreningsteknik. Innan det behöver vi fortfarande skala upp bläckformulerings-tekniken, utveckla tryckprocessen på olika underlag (särskilt böjda ytor) och genomföra mer omfattande antimikrobiella tester (som livstid). Dessa tekniska aspekter kan behandlas eller förtydligas i ett uppföljande forskningsprojekt under de kommande 2–3 åren.

Abstract in English

Graphene improved water treatment
Results
Water purification is a predominant solution to the global issues caused by water shortage. Low resistance to biofouling is one of the common challenges in the present water purification technologies. Our goal is to develop scalable and low-cost techniques to effectively resolve the biofouling issues and advance the present water purification.

In practice, we have developed a unique inkjet printing technique to fabricate pristine graphene coatings with plenty of vertically standing flakes. Their anti-microbial performance has been explored through two independent tests. In the Hygicult TPC test, the microbial count on the vertical graphene coatings is negligible as compared with that of horizontal graphene coating. In the crystal violet test, it is found only the vertical graphene samples are free from staining. We thereby conclude the printed vertical graphene coatings exhibit excellent antimicrobial performance. In consideration of the simple, scalable and low-cost processing of inkjet printing, we believe the technique has great potential to address the biofouling issues and substantially contribute to the further market of water purification.

We believe the effective antimicrobial performance of vertical graphene coatings should result from the unique 2D flake structure of graphene and their vertical orientation, which interact with the microbial cells in an orthogonal fashion and significantly increase the chance to kill the cells through physical disruption.

A straightforward way to commercialize the vertical graphene coating technique is to integrate it into the commercial water purification technologies. Before that, we still need to scale up the ink formulation technique, develop printing process on various substrates (especially curved surfaces), and conduct more comprehensive antimicrobial tests (such as lifetime). These technique aspects could be addressed or clarified in a follow-up research project in the coming 2–3 years.

Utlysning:
Samverkan för kommersiella tillämpningar med grafen – hösten 2018

Projektpartners: KTH och Sta Marie Water

Projektledare: Jiantong Li, KTH

Projektform: Genomförbarhetsstudie

Bidrag: 300 000 kr

Projektets löptid: 1 dec 2018 - 30 sept 2019

Relaterade styrkeområden: