La prossima generazione di scienziati e inventori sta già trovando approcci per affrontare i problemi della società. Oggi, un gruppo di studenti delle scuole superiori e il loro istruttore segnalano una soluzione al problema della contaminazione da piombo nell'acqua potabile:un accessorio per rubinetto poco costoso che rimuove questo metallo tossico. A differenza dei filtri convenzionali attualmente in commercio, il loro include una cartuccia realizzata con plastica biodegradabile e indica quando è "esaurita" facendo ingiallire l'acqua del rubinetto.

I ricercatori presenteranno i loro risultati oggi alla riunione di primavera dell'American Chemical Society (ACS).

"Alcuni anni fa, ho visto un video di una donna nel Michigan aprire l'acqua del rubinetto ed è uscita marrone", dice Rebecca Bushway, che è la principale investigatrice del progetto. Presenterà anche il lavoro alla riunione. "Questo mi ha fatto pensare:perché non c'è davvero un livello sicuro di piombo nell'acqua potabile, non sarebbe bello avere un filtro per l'acqua che potrebbe dirti che la tua acqua è contaminata, ben prima che diventi marrone a causa del piombo?"

Sebbene alcuni tubi siano stati riparati negli Stati Uniti, milioni di case, specialmente quelle nelle comunità a basso reddito, ricevono ancora acqua potabile attraverso tubi contenenti piombo. Se la chimica dell'acqua non è l'ideale o scorre rapidamente a causa dell'elevata domanda, i tubi possono corrodersi. Quando il materiale corrosivo contiene piombo, il metallo tossico si dissolve o si sfalda nell'acqua, contaminandola con uno scolorimento scuro e talvolta con particelle visibili.

Fino a quando i vecchi tubi non possono essere sostituiti con versioni senza piombo, i filtri possono aiutare a rimuovere o ridurre questo inquinante dall'acqua del rubinetto. Sebbene esistano vari sistemi di filtrazione del piombo, il loro costo elevato e le grandi dimensioni possono costituire barriere. Inoltre, pochi di essi forniscono indicazioni sulla necessità di cambiarli e nessuno indica che l'acqua potrebbe rappresentare un rischio immediato per la salute.

Bushway, un'insegnante di scienze alla Barrie Middle and Upper School, si è chiesta ad alta voce alla sua classe di chimica del liceo se ci fosse un piccolo filtro, simile a quelli fatti per il campeggio per purificare l'acqua, che potrebbero ricavare da componenti poco costosi per rimuovere facilmente il piombo. Gli studenti erano entusiasti dell'idea e hanno iniziato a pensare al progetto nel 2020, quando le restrizioni COVID-19 li hanno tenuti fuori dalla classe. Mentre era a casa, il team si è incontrato virtualmente e ha discusso i progetti di un accessorio per avvitare un filtro al rubinetto di un lavandino. Poi, nel semestre primaverile del 2021, quando sono tornati in classe, hanno stampato in 3D l'allegato e un alloggiamento del filtro alto 3 pollici, utilizzando una plastica biodegradabile. Il loro passaggio finale è stato quello di riempire le cartucce con una miscela di polvere di fosfato di calcio e ioduro di potassio.

"Il fosfato di calcio si lega prima al piombo disciolto nell'acqua per formare fosfato di piombo e calcio libero. Il calcio, che è innocuo, finisce nell'acqua e il fosfato di piombo rimane nel filtro", spiega Bushway. Il fosfato di piombo, che è un solido inerte, è intrappolato all'interno del filtro da uno schermo di nylon sul fondo dell'unità. Una volta raggiunta la capacità di reazione del fosfato di calcio, il piombo disciolto reagisce con lo ioduro di potassio, che fa diventare l'acqua gialla, un indicatore della presenza di piombo.

E mentre la chimica stessa è piuttosto semplice, creare il sistema di filtraggio dell'acqua per fare ciò che i ricercatori intendevano è stato più complicato. Ad esempio, il fosfato di calcio tende ad accumularsi, provocando una diminuzione della velocità di reazione tra esso e piombo al diminuire della superficie. Quindi, l'ingegnere studente capo del team ha incorporato smussi esagonali all'interno del filtro. "Questa è un'innovazione, che è arrivata da uno degli studenti delle scuole superiori, che farà girare l'acqua a spirale e impedirà alla polvere di accumularsi", afferma Bushway.

Successivamente, gli studenti aggiungeranno un minuscolo spettrofotometro con un LED a lunghezza d'onda singola sul fondo della cartuccia del filtro, dove viene erogata l'acqua. Il loro piano è quello di avere una spia che si accenda non appena il rivelatore identifica il colore giallo dello ioduro di piombo. Bushway afferma che questo indicherà che il piombo è nell'acqua, anche prima che il colore sia rilevabile dall'occhio umano.

L'obiettivo del team è quello di produrre e vendere i propri filtri a meno di $ 1 ciascuno, cosa che secondo Bushway stanno facendo. Poiché gli alloggiamenti utilizzano plastica biodegradabile, il costo potrebbe aumentare leggermente, ma il materiale aiuterebbe a ridurre l'impatto ambientale complessivo del filtro.

Il processo di sviluppo del filtro è stato molto appagante, secondo Bushway. "In definitiva, questa esperienza ha mostrato agli studenti che possono fare la differenza per qualcuno e ci sono problemi che possono risolvere con la scienza", dice. + Esplora ulteriormente

L'EPA conferma che i filtri riducono il piombo nell'acqua della città del Michigan