"F-sand" wykorzystuje białka z rośliny Moringa oleifera, drzewa pochodzącego z Indii, które rośnie w klimacie tropikalnym i subtropikalnym. Drzewo uprawia się w celu pozyskania żywności i naturalnych olejów, a jego nasiona są już używane do pewnego rodzaju podstawowego oczyszczania wody. Jednak te tradycyjne sposoby oczyszczania pozostawiają duże ilości rozpuszczonego węgla organicznego z nasion, co pozwala bakteriom odrastać już po 24 godzinach. Pozostawia to tylko krótkie okno, w którym woda jest zdatna do picia.

Profesor inżynierii chemicznej na Penn State University wpadł na pomysł, aby połączyć tę metodę oczyszczania wody z metodami filtrowania piaskowego, które są powszechne na obszarach rozwijających się. Poprzez ekstrakcję białek nasiennych i adsorpcję (przyleganie) do powierzchni cząstek krzemionki (głównego składnika piasku) stworzył „f-sand”. „F-sand” zabija mikroorganizmy i zmniejsza zmętnienie, a co za tym idzie przyleganie do cząstek stałych i materii organicznej. Te niepożądane zanieczyszczenia i pozostałości węgla mogą następnie zostać wypłukane, pozostawiając wodę czystą na dłużej, a mechanizm jest gotowy do ponownego użycia. Chociaż podstawowy proces był sprawdzony i skuteczny, wciąż istniało wiele pytań dotyczących tworzenia i użytkowania systemu.

Frakcjonowanie

Nasiona M. oleifera zawierają co najmniej osiem różnych białek. Oddzielenie tych białek, w procesie znanym jako frakcjonowanie, wprowadziłoby kolejny etap procesu. Autorzy przed badaniem wysunęli teorię, że izolowanie niektórych białek może zapewnić bardziej wydajny produkt końcowy. Jednak w trakcie testów odkryli, że tak nie jest. Frakcjonowanie białek miało niewielki zauważalny wpływ na zdolność białek do adsorpcji na cząstkach krzemionki, co oznacza, że etap ten nie był konieczny w procesie tworzenia „F-sand”. Stwierdzenie, że frakcjonowanie nie jest konieczne, jest szczególnie ważne, ponieważ pominięcie tego kroku pomaga obniżyć koszty oraz wymagania dotyczące przetwarzania, a także uprościć cały proces.

Kwasy tłuszczowe

Jednym z głównych powodów, dla których obecnie uprawiana jest M. oleifera są kwasy tłuszczowe i oleje znajdujące się w nasionach. Są one wydobywane oraz sprzedawane komercyjnie. Naukowcy byli zainteresowani tym, czy te kwasy tłuszczowe mają również wpływ na proces adsorpcji białka. Okazało się, że podobnie jak frakcjonowanie, usunięcie kwasów tłuszczowych miało niewielki wpływ na zdolność adsorpcji białek. To odkrycie ma również korzystne implikacje dla tych, którzy chcą wdrożyć ten proces w rozwijających się regionach. Obecność lub brak kwasów tłuszczowych w nasionach ma niewielki wpływ na tworzenie lub funkcję „f-sand”. Ludzie w tym regionie mogą pozyskiwać i sprzedawać cenny handlowo olej, który tuż po ekstrakcji białek z pozostałych nasion nadal może być wykorzystywany do filtracji wody.

Stężenie

Kolejnym parametrem procesu wytwarzania „f-sand”, testowanym przez naukowców, było stężenie białek z nasion potrzebnych do stworzenia skutecznego produktu. Stężenie ma duży wpływ na ilość potrzebnych nasion, co z kolei ma bezpośredni wpływ na ogólną wydajność i opłacalność. Kluczem do uzyskania odpowiedniego stężenia jest zapewnienie wystarczającej ilości dodatnio naładowanych białek, aby przezwyciężyć ujemny ładunek cząstek krzemionki. Ten ładunek dodatni ma kluczowe znaczenie dla przyciągania ujemnie naładowanej substancji organicznej, cząstek stałych i drobnoustrojów zanieczyszczających wodę. Szeroki zakres stężeń oznacza, że ​​procesy uzdatniania wody nie tylko mogą powstawać przy stosunkowo niskich stężeniach, ale istnieje także niewielkie ryzyko przypadkowego zanieczyszczenia wody przez przekroczenie stężenia. Jest to kluczowe na obszarach, w których dokładne pomiary mogą być trudne do wykonania.

Twardość wody

Twardość wody odnosi się do ilości rozpuszczonych minerałów w wodzie. Chociaż laboratoria często używają wody dejonizowanej, naukowcy muszą przygotować się zarówno na warunki miękkiej, jak i twardej wody. Badacze odkryli, że białka były w stanie dobrze adsorbować cząstki krzemionki i koagulować zawieszone zanieczyszczenia zarówno w wodzie miękkiej, jak i twardej. Oznacza to, że proces może potencjalnie być możliwy do zrealizowania w wielu regionach świata, niezależnie od twardości wody.

Wnioski, do których doszli naukowcy, mają duże znaczenie dla osób z krajów rozwijających się, które szukają taniej i łatwo dostępnej formy oczyszczania wody. Naukowcy wykazali, że proces wytwarzania „f-sand” jest elastyczny, ponieważ jest w stanie pracować w różnych warunkach fizycznych i stężeniach białka, bez konieczności obecności kwasów tłuszczowych lub potrzeby frakcjonowania.