Nel mese di giugno, l'Environmental Protection Agency ha emesso una richiesta di commento pubblico su una proposta di norma per la regolamentazione del perclorato nei sistemi di acqua potabile pubblica.

perclorato, una sostanza chimica naturale e artificiale, è considerato un contaminante emergente che è difficile da rimuovere dall'ambiente. È il residuo primario rimasto dai combustibili per missili, fuochi d'artificio ed esplosivi e può essere trovato in oggetti comuni, come fertilizzanti e razzi stradali. È anche apprezzato in esperimenti di laboratorio per la sua capacità di aiutare nella combustione di altre sostanze chimiche, pur rimanendo chimicamente inattivo.

Rapporti di contaminazione da perclorato nel suolo, acqua e cibo sono stati registrati in molti paesi del mondo, anche negli Stati Uniti, Giappone, Cina, Canada, Colombia, Grecia e Corea del Sud. È un problema che può avere implicazioni per la salute umana. Secondo il National Institutes of Health's National Center for Biotechnology, ad alte dosi, il perclorato inibisce la produzione dell'ormone tiroideo nell'uomo interferendo con l'assorbimento di iodio da parte della tiroide.

Chin-Pao Huang, ingegnere ambientale dell'Università del Delaware, il Professore Donald C. Phillips nel Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, ha studiato modi per rimuovere il perclorato dall'acqua potabile per quasi un decennio.

Ora, Huang e Po-Yen Wang, un ex studente di dottorato e ora professore assistente alla Widener University, hanno brevettato una nuova membrana in grado di filtrare selettivamente il perclorato dall'acqua potabile. I ricercatori hanno brevettato l'idea con l'aiuto dell'Office of Economic Innovation and Partnerships (OEIP) di UD.

Tecnologia sviluppata da UD

Secondo Huang, il perclorato è tossico anche a bassi livelli. Un rapporto del National Research Council del 2005 ha stimato che oltre 11 milioni di americani avevano perclorato nelle loro forniture pubbliche di acqua potabile a concentrazioni di quattro parti per miliardo o superiori, che è l'equivalente di quattro gocce della sostanza chimica in 10, 000 litri d'acqua.

Huang ha detto che un metodo chiamato "scambio ionico" concentra il perclorato su minuscole perle di resina che possono essere rimosse dall'acqua potabile. Il perclorato si adsorbe sulla superficie delle perle e, una volta saturato, le perline vengono rimosse, ma attualmente non esiste un metodo standard per smaltire le perline o per renderle non tossiche.

Huang ha detto che questa è un'area grigia perché mentre l'EPA realizza che il perclorato nell'acqua è un problema e che la sua rimozione è importante per la salute umana, la tecnologia non c'è ancora. È qui che la tecnologia sviluppata da UD può aiutare.

La membrana sviluppata da UD può concentrare selettivamente il perclorato e quindi ridurre la sostanza chimica a cloruro, che non è tossico a queste concentrazioni, utilizzando elettricità e un elettrodo catalizzatore bimetallico rodio-rame. Gli esperimenti fino ad oggi dimostrano che il processo sviluppato da UD può essere eseguito con un'efficienza del 78%.

Wang ha sviluppato il metodo mentre era uno studente laureato alla UD, ma ci sono voluti sette anni per capire la giusta combinazione di materiali per far funzionare il processo. Un altro dottorando, Ching-lung Chen, ha proseguito il lavoro per sviluppare il nuovo catalizzatore (fatto di palladio e rame) che viene utilizzato oggi. I ricercatori hanno recentemente riportato i loro risultati nell'American Society of Civil Engineers' Giornale di ingegneria ambientale .

È importante sottolineare che il processo di riduzione chimica creato dal team di ricerca di Huang può essere utilizzato in combinazione con la membrana filtrante sviluppata da UD, ma è anche adatto come tecnologia aggiuntiva per integrare i metodi industriali attualmente accettati per la rimozione del perclorato nell'acqua potabile pubblica.

Secondo Huang, gli stessi metodi utilizzati per ridurre elettrochimicamente il perclorato concentrato filtrato attraverso la membrana sviluppata da UD possono essere applicati alle perle di resina attualmente utilizzate nei processi industriali per rimuovere il perclorato dall'acqua potabile. In questo modo, Huang teorizza che le resine potrebbero essere rigenerate per il riutilizzo piuttosto che smaltite come rifiuti pericolosi (una pratica costosa), mitigando contemporaneamente l'onere finanziario e proteggendo l'ambiente.

Huang ha ammesso che mentre la tecnologia mantiene le promesse, il suo successo dipende davvero dalla politica dell'EPA.

"Sfortunatamente, non sembra che il problema scomparirà. Ma forse la tecnica che abbiamo sviluppato potrebbe essere utile per coloro che cercano di influenzare i cambiamenti politici sugli standard del perclorato, " disse Huang.

Già più di una mezza dozzina di stati negli Stati Uniti, compresa l'Arizona, California, Maryland, Massachusetts, New York, Nevada, Nuovo Messico e Texas, hanno stabilito standard statali per la quantità di perclorato ammissibile nell'acqua potabile.

Un campione per la qualità dell'acqua

Sebbene Huang sia membro della facoltà di UD dal 1974, celebra 45 anni di servizio in UD nel 2019, questo è il suo primo brevetto. Vero, ha avuto precedenti progetti di ricerca e idee. Alcune idee persino "sembravano essere abbastanza brevettabili". Ma senza OEIP, Huang ha detto, non era qualcosa che avrebbe tentato. In particolare, Huang ha accreditato il team di trasferimento tecnologico all'interno di OEIP per averlo aiutato a navigare con facilità nel processo.

"La preparazione dei documenti sui brevetti e il follow-up con l'agenzia di concessione dei brevetti richiede tempo e know-how professionale. Sono grato all'Università per aver istituito un ufficio come l'OEIP per assistere i docenti con interessi nella proprietà intellettuale e all'OEIP per il personale con esperti esperti, " ha detto Huang. "È un processo lungo e senza il loro aiuto non sarei stato in grado di sostenere il processo, figuriamoci il successo finale".

Gli studenti universitari UD sono stati coinvolti nel progetto, pure. Attraverso il programma Spin-In di OEIP, tre studenti universitari hanno partecipato ai primi lavori, fornendo ai ricercatori un business plan e un primo prototipo stampato in 3D del reattore che, oggi, permette di ridurre il perclorato a cloruro atossico.

Come parte dei suoi sforzi in corso per conto dell'Università, OEIP sta lavorando per assicurarsi un partner che assista nella commercializzazione di questa tecnologia.

La qualità dell'acqua è stata uno degli obiettivi principali del lavoro di Huang, con ricerche che abbracciano questioni relative all'accesso, convenienza, qualità dell'acqua, trattamento dell'acqua e altro ancora. Ha co-fondato la Conferenza internazionale sull'ambiente idrico sostenibile, which has been in operation for 16 years among hosting countries including the U.S., Cina, Taiwan, Corea, Japan and Singapore.

In a new research thrust, Huang is initiating studies with a colleague in Taiwan to shed light on another emerging pollutant:the presence of nanoplastics in our freshwater supply.

Microplastics, filaments and particles that range in size from 100 nanometers to less than five millimeters, have made headlines recently due to study findings about their presence in the ocean and in marine life. Nanoplastics are up to 1, 000 times smaller than microplastics, ranging in size from 10 to 100 nanometers. To lend perspective, the average human hair is approximately 80, da 000 a 100, 000 nanometri di larghezza.

"Microplastics are too big for me—microplastics you can see under a microscope; nanoplastics you can't, "Ha detto Huang.

As microplastics continue to break down, they create smaller and smaller particles called nanoplastics that can find their way into many food and water sources. Some reports question whether nanoplastics are small enough to penetrate a cell wall, raising important questions about what, se del caso, threat these tiny travelers may pose to the environment, our water supply and our health.

Huang aims to find out.