Verhoogde niveaus van uranium in watervoorraden is een zorg voor het milieu en de gezondheid, maar de huidige methoden om het te detecteren zijn omslachtig, kostbaar en tijdrovend. Gary C. Tepper, doctoraat, voorzitter van de faculteit Werktuigbouwkunde en Nucleaire Technologie, en Ph.D. student Brandon Dodd gaat deze uitdaging aan met een nieuw draagbaar apparaat dat de manier waarop uranium in water wordt gemeten, stroomlijnt en versnelt. Omdat hun gepatenteerde technologie gevoeliger is dan de huidige technologieën, het is in staat om lage of sporenconcentraties van uranium in watervoorraden te detecteren.

Uranium is een natuurlijk voorkomend radioactief element dat via verschillende kanalen in waterbronnen terechtkomt, waaronder uraniumwinning, wapenproductie, gebruikte splijtstofflessen - of zelfs landbouw. "Recente studies tonen aan dat afvloeiing van kunstmest chemische reacties veroorzaakt die uranium uit rotsen vrijmaken en de waterconcentraties kunnen verhogen, ’ legde Tepper uit.

Op grond van de Drinkwaterwet de U.S. Environmental Protection Agency stelt normen vast voor veilige uraniumgehalten in drinkwater. Nakoming, echter, werd gehinderd door minder dan ideale testprocedures. "Direct, u test op uranium door een enkel monster [water] water te nemen en dit naar een laboratorium te sturen, "Zei Tepper. "Dit is onpraktisch. Je hebt een apparaat nodig dat realtime metingen doet. Het moet ook gemakkelijk in verschillende regio's van de waterbron kunnen worden gebruikt, omdat de concentraties van plaats tot plaats verschillen."

Het systeem dat Tepper en Dodd hebben ontwikkeld, maakt gebruik van nanoporeus materiaal om het uranium en ultraviolet licht van een watermonster te verzamelen en te concentreren om het zichtbaar te maken. Omdat in water opgeloste uraniumverbindingen fluorescerend zijn, ultraviolet licht kan worden gebruikt om een ​​zichtbaar signaal te produceren. "Maar water dooft die reactie en maakt het moeilijk om uranium in zeer lage concentraties te detecteren en te kwantificeren, ' zei Tepper.

Ze losten dat probleem op door silicagel in hun systeem op te nemen - de kralen die vaak worden aangetroffen in kleine pakjes die worden gebruikt om consumptiegoederen tijdens verzending droog te houden. "De uraniumverbindingen hechten zich aan silicagel en hopen zich op in de kleine poriën. Dit versterkt het signaal en minimaliseert het uitdovende effect van water, dus nu als uranium aanwezig is, het licht op en is te zien in het zichtbare spectrum, ' zei Tepper.

De combinatie van nanoporeus materiaal, licht en silicagel produceerden een draagbaar alles-in-één systeem dat metingen van sporen van uraniumconcentraties gaf. Een vroege iteratie van hun apparaat was ontworpen om in een monster te worden gedompeld en gaf een betrouwbare meting in ongeveer een uur. Tepper en Dodd geloofden dat ze het beter konden doen. Ze voegden nog een onderdeel toe, iets bekends voor elke werktuigbouwkundige.

"We zeiden, 'Laten we een pompje nemen en het water door de silicagel duwen, ', herinnert Tepper zich. 'Nu duurt een reactie die een uur duurde een paar seconden.'

Tepper en Dodd hebben voorlopige Amerikaanse en internationale patenten op hun technologie. Ze werken samen met de VCU Innovation Gateway terwijl hun apparaat zijn weg vervolgt van prototype naar commercieel product en denken dat het van bijzonder belang zal zijn voor militaire, regelgevende instanties en consumenten in de landbouwsector.