Wen-Chi Lin prezentuje swój projekt elektronicznego czujnika ołowiowego. Może to umożliwić miastom i właścicielom domów zlokalizowanie rur, które zanieczyszczają wodę ołowiem. (Źródło: Evan Dougherty/Michigan Engineering Communications & Marketing/U. Michigan)

Nowy czujnik elektroniczny może monitorować jakość wody w domach lub miastach, informując mieszkańców lub urzędników o obecności ołowiu w wodzie w ciągu dziewięciu dni – wszystko za około 20 USD.

Kryzys wodny Flint pokazał narodowi, że stare systemy wodne, które uważano za stabilne od dziesięcioleci, mogą nagle narazić tysiące ludzi na neurotoksynę, jeśli zmiana jakości wody spowoduje korozję przewodów rurowych.

Ponadto standardowe testy próbek wody wymagają, aby użytkownicy puszczali wodę przez kilka minut, tracąc wszelki ołów, który przedostaje się do wody z domowych rur.

Mark Burns, profesor inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Michigan, wraz z kolegami postanowili opracować niedrogi czujnik, który można by umieścić w kluczowych punktach miejskich systemów wodociągowych, a także przy kranach w domach.

„Mam nadzieję, że będzie to miało jakiś wpływ, ponieważ strasznie jest myśleć o obecności ołowiu w wodzie” – mówi Burns.

Sztuczka polega na oddzieleniu ołowiu od wszystkich innych metali, które mogą występować w wodzie, z których większość jest niebezpieczna tylko w bardzo dużych dawkach.

„Ponieważ żelazo jest najpowszechniejszym metalem w wodzie i jest w zasadzie nieszkodliwe (oprócz nieprzyjemnego zapachu), postrzegamy je jako zakłócające nasz czujnik” – mówi Wen-Chi Lin, niedawno doktorant z inżynierii chemicznej.

Zaprojektowała więc czujnik, który potrafi odróżnić ołów od innych metali, takich jak żelazo. Opiera się na dwóch parach elektrod. Elektroda dodatnia i jej neutralny sąsiad tworzą środowisko ubogie w elektrony, podczas gdy elektroda ujemna i jej neutralny sąsiad tworzą środowisko bogate w elektrony.

Elektroda ujemna przekazuje elektrony jonom dodatnim, wychwytując większość metali. Metale są już utlenione w wodzie, co oznacza, że ​​oddały część swoich elektronów, więc wolą możliwość odzyskania elektronów.

Jednak ołów jest przyciągany do dodatniej strony zestawu elektrod — jest to jedyny metal zanieczyszczający, który łatwo traci więcej elektronów i dalej się utlenia.

Lin przetestowała czujniki w różnych środowiskach: symulowana woda z kranu i woda z rzeczywistego kranu, wzbogacona metalami lub nie. Gdy ołów gromadzi się na elektrodzie dodatniej, w końcu dociera do elektrody neutralnej, zamykając obwód i wytwarzając napięcie. Powyżej sygnału XNUMX V system rejestruje trafienie.

Podobna historia dotyczy elektrody ujemnej, która zbiera wysokie stężenia żelaza, cynku i miedzi, co może również stanowić zagrożenie dla zdrowia. Czujnik może odróżnić problem z ołowiem od problemu z jednym z tych innych metali.

„Może istnieć aplikacja, która monitorowałaby wszystkie stuknięcia i mogłaby po prostu wysłać wiadomość e-mail po wykryciu zdarzenia” – mówi Burns.

Lin był szczególnie świadomy fałszywych alarmów – wykrycie oznacza, że ​​elektroda na dobre zepsuła się (ale nie cały czujnik) i mogłaby niepotrzebnie wystraszyć rodzinę lub urzędnika.

Jednym z potencjalnych fałszywych alarmów ołowiu jest zbyt wysokie stężenie miedzi. Miedź jest tak dobra w wychwytywaniu dodatkowych elektronów, że może gromadzić się na elektrodzie neutralnej obok elektrody dodatniej. Ale miedź wytwarza napięcie tylko w wysokich stężeniach, zbliżając się do limitu działania Agencji Ochrony Środowiska wynoszącego 1,300 części na miliard.

Dla kontrastu, ołów pojawia się na poziomie 15 części na miliard – jego limit działania EPA – po około tygodniu. Według Centers for Disease Control nie uważa się, że ten poziom narażenia podnosi poziom we krwi u dorosłych. Większa koncentracja ołowiu, 150 części na miliard, została wykryta już po jednym lub dwóch dniach, w zależności od składu chemicznego wody.

Lin uważa, że ​​dzięki optymalizacji elektroda dodatnia mogłaby jeszcze lepiej przyciągać ołów, ale nie miedź.

{youtube}https://www.youtube.com/watch?v=iTaJrfHiglU{/youtube}

Badanie pojawia się w Chemia analityczna.

University of Michigan sfinansował pracę poprzez stypendium Barbour, Rackham Predoctoral Fellowship i TC Chang Endowed Professorship.

Źródło: University of Michigan

Powiązane książki:

at Rynek wewnętrzny i Amazon