Les niveaux élevés d'uranium dans les approvisionnements en eau sont un problème de sécurité environnementale et de santé, mais les méthodes actuelles de détection sont lourdes, coûteux et chronophage. Gary C. Tepper, Doctorat., président du Département de génie mécanique et nucléaire, et Ph.D. L'étudiant Brandon Dodd relève ce défi avec un nouvel appareil portable qui rationalise et accélère la façon dont l'uranium dans l'eau est mesuré. Parce que leur technologie brevetée est plus sensible que les technologies actuelles, il est capable de détecter des concentrations faibles ou à l'état de traces d'uranium dans les approvisionnements en eau.

L'uranium est un élément radioactif d'origine naturelle qui pénètre dans les sources d'eau par divers canaux, notamment l'extraction d'uranium, fabrication d'armes, les bidons de combustible nucléaire irradié, voire l'agriculture. "Des études récentes montrent que le ruissellement des engrais provoque des réactions chimiques qui libèrent de l'uranium des roches et peuvent élever les concentrations d'eau, " expliqua Tepper.

En vertu de la Loi sur la salubrité de l'eau potable, l'Environmental Protection Agency des États-Unis établit des normes pour les niveaux d'uranium sûrs dans l'eau potable. Conformité, cependant, a été entravé par des procédures de test loin d'être idéales. "À l'heure actuelle, vous testez l'uranium en prélevant un seul échantillon d'eau [d'eau] et en l'envoyant à un laboratoire, " a déclaré Tepper. "Ce n'est pas pratique. Vous avez besoin d'un appareil qui prend des mesures en temps réel. Il devrait également être facilement utilisé dans diverses régions de la source d'eau, car les concentrations varient d'un endroit à l'autre. »

Le système développé par Tepper et Dodd utilise un matériau nanoporeux pour collecter et concentrer l'uranium et la lumière ultraviolette d'un échantillon d'eau afin de le rendre visible. Parce que les composés d'uranium dissous dans l'eau sont fluorescents, la lumière ultraviolette peut être utilisée pour produire un signal visible. "Mais l'eau éteint cette réaction et rend difficile la détection et la quantification de l'uranium à de très faibles concentrations, " a déclaré Tepper.

Ils ont résolu ce problème en incorporant du gel de silice - les billes couramment observées dans de petits paquets utilisés pour garder les biens de consommation au sec pendant l'expédition - dans leur système. "Les composés d'uranium se fixent au gel de silice et s'accumulent à l'intérieur des petits pores. Cela améliore le signal et minimise l'effet de trempe de l'eau, alors maintenant si l'uranium est présent, il s'illumine et peut être vu dans le spectre visible, " a déclaré Tepper.

La combinaison de matériau nanoporeux, la lumière et le gel de silice ont produit un système portable tout-en-un qui a donné des lectures de traces de concentrations d'uranium. Une première itération de leur appareil a été conçue pour être plongée dans un échantillon et a donné une lecture fiable en environ une heure. Tepper et Dodd pensaient qu'ils pouvaient faire mieux. Ils ont ajouté un autre composant, quelque chose de familier à tout ingénieur en mécanique.

"Nous l'avons dit, 'Allons chercher une petite pompe et poussons l'eau à travers le gel de silice, '", se souvient Tepper. "Maintenant, une réaction qui a pris une heure prend quelques secondes."

Tepper et Dodd détiennent des brevets provisoires américains et internationaux sur leur technologie. Ils travaillent avec la passerelle d'innovation VCU alors que leur appareil poursuit son chemin du prototype au produit commercial et pensent qu'il intéressera particulièrement les militaires, organismes de réglementation et les consommateurs de l'industrie agricole.