In juni, de Environmental Protection Agency heeft een verzoek ingediend om openbaar commentaar te geven op een voorgestelde regel voor het reguleren van perchloraat in openbare drinkwatersystemen.

perchloraat, een natuurlijke en door de mens gemaakte chemische stof, wordt beschouwd als een opkomende verontreiniging die moeilijk uit het milieu te verwijderen is. Het is het primaire residu dat overblijft van raketbrandstoffen, vuurwerk en explosieven en zijn te vinden in gewone voorwerpen, zoals kunstmest en bermfakkels. Het wordt ook gewaardeerd in laboratoriumexperimenten vanwege zijn vermogen om te helpen bij de verbranding van andere chemicaliën, terwijl het chemisch inactief blijft.

Meldingen van perchloraatverontreiniging in de bodem, water en voedsel zijn in veel landen over de hele wereld geregistreerd, onder meer in de Verenigde Staten, Japan, China, Canada, Colombia, Griekenland en Zuid-Korea. Het is een probleem dat gevolgen kan hebben voor de menselijke gezondheid. Volgens het National Institutes of Health's National Center for Biotechnology, in hoge doses, perchloraat remt de productie van schildklierhormoon bij mensen door de opname van jodium door de schildklier te verstoren.

Milieu-ingenieur Chin-Pao Huang van de Universiteit van Delaware, de Donald C. Phillips Professor bij de afdeling Civiele en Milieutechniek, bestudeert al bijna tien jaar manieren om perchloraat uit drinkwater te verwijderen.

Nutsvoorzieningen, Huang en Po-Yen Wang, een voormalig doctoraatsstudent en nu een assistent-docent professor aan de Widener University, hebben een nieuw membraan gepatenteerd dat selectief perchloraat uit drinkwater kan filteren. De onderzoekers patenteerden het idee met de hulp van UD's Office of Economic Innovation and Partnerships (OEIP).

UD-ontwikkelde technologie

Volgens Huang, perchloraat is zelfs bij lage niveaus giftig. Een rapport van de National Research Council uit 2005 schatte dat meer dan 11 miljoen Amerikanen perchloraat in hun openbare drinkwatervoorziening hadden in concentraties van vier delen per miljard of hoger, wat het equivalent is van vier druppels van de chemische stof in 10, 000 liter water.

Huang zei dat een methode genaamd "ionenuitwisseling" het perchloraat concentreert op kleine harsparels die uit het drinkwater kunnen worden verwijderd. Het perchloraat adsorbeert op het oppervlak van de kralen en, eenmaal verzadigd, de kralen worden verwijderd, maar er is momenteel geen standaardmethode om de kralen weg te gooien of ze niet-toxisch te maken.

Huang zei dat dit een grijs gebied is, want hoewel de EPA beseft dat perchloraat in water een probleem is en dat de verwijdering ervan belangrijk is voor de menselijke gezondheid, de technologie is er gewoon nog niet. Dit is waar de door UD ontwikkelde technologie kan helpen.

Het door UD ontwikkelde membraan kan het perchloraat selectief concentreren en vervolgens de chemische stof reduceren tot chloride, die bij deze concentraties niet toxisch is, met behulp van elektriciteit en een bimetaal rhodium-koper katalysatorelektrode. Experimenten tot nu toe tonen aan dat het door UD ontwikkelde proces kan worden uitgevoerd met een efficiëntie van 78%.

Wang ontwikkelde de methode toen hij afstudeerde aan de UD, maar het duurde zeven jaar om de juiste combinatie van materialen te vinden om het proces te laten werken. Een andere promovendus, Ching-long Chen, verder gewerkt aan de ontwikkeling van de nieuwe katalysator (gemaakt van palladium en koper) die tegenwoordig wordt gebruikt. De onderzoekers rapporteerden onlangs hun resultaten in de American Society of Civil Engineers' Tijdschrift voor milieutechniek .

belangrijk, het door Huang gecreëerde chemische reductieproces kan worden gebruikt in combinatie met het door UD ontwikkelde filtermembraan, maar is ook geschikt als toegevoegde technologie als aanvulling op de momenteel geaccepteerde industriële methoden voor het verwijderen van perchloraat in openbaar drinkwater.

Volgens Huang, dezelfde methoden die worden gebruikt om geconcentreerd perchloraat dat door het UD-ontwikkelde membraan wordt gefilterd, elektrochemisch te verminderen, kunnen worden toegepast op harsparels die momenteel worden gebruikt in industriële processen om perchloraat uit drinkwater te verwijderen. Op deze manier, Huang theoretiseert dat de harsen kunnen worden geregenereerd voor hergebruik in plaats van als gevaarlijk afval te worden weggegooid (een dure praktijk), tegelijkertijd de financiële last verlichten en het milieu beschermen.

Huang gaf toe dat hoewel de technologie veelbelovend is, het succes ervan hangt echt af van het EPA-beleid.

"Helaas, het ziet er niet naar uit dat het probleem zal verdwijnen. Maar misschien is de techniek die we hebben ontwikkeld nuttig voor diegenen die beleidsveranderingen op perchloraatstandaarden willen beïnvloeden, " zei Huang.

Al meer dan een half dozijn staten in de VS, inclusief Arizona, Californië, Maryland, Massachusetts, New York, Nevada, Nieuw-Mexico en Texas, hebben staatsnormen vastgesteld voor de hoeveelheid toegestane perchloraat in drinkwater.

Een kampioen voor waterkwaliteit

Hoewel Huang sinds 1974 faculteitslid is bij UD - hij viert in 2019 45 jaar dienst bij UD - is dit zijn eerste patent. Waar, hij heeft eerdere onderzoeksprojecten en ideeën gehad. Sommige ideeën leken zelfs 'vrij octrooieerbaar' te zijn. Maar zonder OEIP, Huang zei, het was niet iets dat hij zou hebben geprobeerd. Vooral, Huang heeft het team voor technologieoverdracht binnen OEIP gecrediteerd voor zijn hulp bij het gemakkelijk navigeren door het proces.

"De voorbereiding van octrooidocumenten en de follow-up met de octrooiverlenende instantie is tijdrovend en vereist professionele knowhow. Ik ben de universiteit dankbaar voor het opzetten van een kantoor als OEIP om faculteiten met belangen in intellectueel eigendom te helpen en aan OEIP voor personeel het met deskundige experts, Huang zei. "Het is een lang proces en zonder hun hulp zou ik het proces niet hebben kunnen volhouden, laat staan ​​het uiteindelijke succes."

UD-studenten waren betrokken bij het project, te. Via het Spin-In-programma van OEIP, drie niet-gegradueerde studenten namen deel aan het vroege werk, het verstrekken van de onderzoekers een businessplan en een vroeg 3D-geprint prototype van de reactor die, vandaag, maakt het mogelijk perchloraat te reduceren tot niet-toxisch chloride.

Als onderdeel van haar voortdurende inspanningen namens de universiteit, OEIP werkt aan een partner om te helpen bij het commercialiseren van deze technologie.

Waterkwaliteit is een belangrijk aandachtspunt van Huangs werk geweest, met onderzoek over problemen rond toegang, betaalbaarheid, waterkwaliteit, waterbehandeling en meer. He co-founded the International Conference on Sustainable Water Environment, which has been in operation for 16 years among hosting countries including the U.S., China, Taiwan, Korea, 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, 000 tot 100, 000 nanometers wide.

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

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, if any, threat these tiny travelers may pose to the environment, our water supply and our health.

Huang aims to find out.