Livelli elevati di uranio nelle forniture idriche costituiscono un problema per la sicurezza e la salute dell'ambiente, ma gli attuali metodi per rilevarlo sono ingombranti, costoso e dispendioso in termini di tempo. Gary C. Tepper, dottorato di ricerca, presidente del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Nucleare, e dottorato di ricerca lo studente Brandon Dodd sta affrontando questa sfida con un nuovo dispositivo portatile che semplifica e velocizza il modo in cui viene misurato l'uranio nell'acqua. Poiché la loro tecnologia brevettata è più sensibile delle tecnologie attuali, è in grado di rilevare basse o tracce di uranio nelle riserve idriche.

L'uranio è un elemento radioattivo naturale che entra nelle fonti d'acqua attraverso una varietà di canali tra cui l'estrazione dell'uranio, produzione di armi, bombole di combustibile nucleare usate, o anche l'agricoltura. "Studi recenti mostrano che il deflusso dei fertilizzanti provoca reazioni chimiche che rilasciano uranio dalle rocce e possono aumentare le concentrazioni di acqua, " ha spiegato Tepper.

Ai sensi della legge sull'acqua potabile, l'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti stabilisce gli standard per i livelli di uranio sicuri nell'acqua potabile. Conformità, però, è stato ostacolato da procedure di test tutt'altro che ideali. "Proprio adesso, si fa il test per l'uranio prendendo d'acqua un singolo campione [di acqua] e inviandolo a un laboratorio, " Tepper ha detto. "Questo non è pratico. Hai bisogno di un dispositivo che prenda le misurazioni in tempo reale. Dovrebbe anche essere facilmente utilizzato in varie regioni della fonte d'acqua perché le concentrazioni variano da luogo a luogo".

Il sistema sviluppato da Tepper e Dodd utilizza materiale nanoporoso per raccogliere e concentrare l'uranio e la luce ultravioletta di un campione d'acqua per renderlo visibile. Poiché i composti di uranio disciolti in acqua sono fluorescenti, la luce ultravioletta può essere utilizzata per produrre un segnale visibile. "Ma l'acqua spegne quella reazione e rende difficile rilevare e quantificare l'uranio a concentrazioni molto basse, " ha detto Tepper.

Hanno risolto il problema incorporando nel loro sistema il gel di silice, le perline comunemente presenti in piccoli pacchetti utilizzati per mantenere asciutti i beni di consumo durante la spedizione. "I composti dell'uranio si attaccano al gel di silice e si accumulano all'interno dei piccoli pori. Ciò migliora il segnale e riduce al minimo l'effetto di spegnimento dell'acqua, quindi ora se l'uranio è presente, si illumina e si vede nello spettro visibile, " ha detto Tepper.

La combinazione di materiale nanoporoso, la luce e il gel di silice hanno prodotto un sistema portatile all-in-one che forniva letture delle concentrazioni di tracce di uranio. Una prima iterazione del loro dispositivo è stata progettata per essere immersa in un campione e ha fornito una lettura affidabile in circa un'ora. Tepper e Dodd credevano di poter fare di meglio. Hanno aggiunto un altro componente, qualcosa di familiare a qualsiasi ingegnere meccanico.

"Noi abbiamo detto, "Prendiamo una piccola pompa e spingiamo l'acqua attraverso il gel di silice, '", ha ricordato Tepper. "Ora una reazione che ha richiesto un'ora richiede un paio di secondi".

Tepper e Dodd detengono brevetti statunitensi e internazionali provvisori sulla loro tecnologia. Stanno lavorando con VCU Innovation Gateway mentre il loro dispositivo continua il suo percorso dal prototipo al prodotto commerciale e credono che sarà di particolare interesse per i militari, agenzie di regolamentazione e consumatori del settore agricolo.