La próxima generación de científicos e inventores ya está encontrando enfoques para abordar los problemas de la sociedad. Hoy, un grupo de estudiantes de secundaria y su instructor informan sobre una solución al problema de la contaminación por plomo en el agua potable:un accesorio de grifo económico que elimina este metal tóxico. A diferencia de los filtros convencionales que hay actualmente en el mercado, el suyo incluye un cartucho hecho con plástico biodegradable e indica cuando está "agotado" poniendo el agua del grifo en amarillo.

Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la reunión de primavera de la American Chemical Society (ACS).

"Hace unos años, vi un video de una mujer en Michigan que abría el agua del grifo y salía marrón", dice Rebecca Bushway, quien es la investigadora principal del proyecto. Ella también está presentando el trabajo en la reunión. "Eso me hizo pensar:dado que realmente no hay un nivel seguro de plomo en el agua potable, ¿no sería bueno tener un filtro de agua que pudiera decirle que su agua está contaminada, mucho antes de que se vuelva marrón debido al plomo?"

Aunque se han reparado algunas tuberías en los EE. UU., millones de hogares, especialmente aquellos en comunidades de bajos ingresos, todavía reciben agua potable a través de tuberías que contienen plomo. Si la química del agua no es ideal, o si fluye rápidamente debido a la gran demanda, las tuberías pueden corroerse. Cuando el material corrosivo contiene plomo, el metal tóxico se disuelve o se descascara en el agua, contaminándola con una decoloración oscura y, a veces, con partículas visibles.

Hasta que las tuberías viejas puedan reemplazarse por versiones sin plomo, los filtros pueden ayudar a eliminar o reducir este contaminante del agua del grifo. Aunque existen varios sistemas de filtración de plomo, su alto costo y gran tamaño pueden ser barreras. Además, pocos de ellos brindan alguna indicación de que deben cambiarse, y ninguno indica que el agua podría representar un riesgo inmediato para la salud.

Bushway, profesora de ciencias en Barrie Middle and Upper School, preguntó en voz alta a su clase de química de nivel superior de la escuela secundaria si había un pequeño filtro, similar a los que se hacen para acampar para purificar el agua, que podrían hacer con componentes económicos. para eliminar fácilmente el plomo. Los estudiantes estaban entusiasmados con la idea y comenzaron a pensar en el proyecto en 2020 cuando las restricciones de COVID-19 los mantuvieron fuera del aula. Mientras estaba en casa, el equipo se reunió virtualmente y discutió los diseños de un accesorio para enroscar un filtro en el grifo de un fregadero. Luego, en el semestre de primavera de 2021, cuando regresaron al aula, imprimieron en 3D el archivo adjunto y una carcasa de filtro de 3 pulgadas de alto, utilizando un plástico biodegradable. Su paso final fue llenar los cartuchos con una mezcla de polvo de fosfato de calcio y yoduro de potasio.

"El fosfato de calcio primero se une al plomo disuelto en el agua para formar fosfato de plomo y calcio libre. El calcio, que es inofensivo, termina en el agua y el fosfato de plomo permanece en el filtro", explica Bushway. El fosfato de plomo, que es un sólido inerte, queda atrapado dentro del filtro por una pantalla de nailon en la parte inferior de la unidad. Una vez que se alcanza la capacidad de reacción del fosfato de calcio, el plomo disuelto reacciona con el yoduro de potasio, lo que hace que el agua se vuelva amarilla, indicador de la presencia de plomo.

Y si bien la química en sí es bastante sencilla, diseñar el sistema de filtración de agua para hacer lo que los investigadores pretendían ha sido más complicado. Por ejemplo, el fosfato de calcio tiende a acumularse, lo que hace que la velocidad de reacción entre él y el plomo disminuya a medida que disminuye el área de la superficie. Entonces, el estudiante de ingeniería líder del equipo incorporó biseles hexagonales dentro del filtro. "Esa es una innovación, que provino de uno de los estudiantes de secundaria, que hará que el agua se mueva en espiral a medida que pasa y evitará que el polvo se aglomere", dice Bushway.

Luego, los estudiantes agregarán un pequeño espectrofotómetro con un LED de longitud de onda única en la parte inferior del cartucho del filtro, donde se dispensa el agua. Su plan es tener una luz indicadora que se encienda tan pronto como el detector identifique el color amarillo del yoduro de plomo. Bushway dice que esto indicará que hay plomo en el agua, incluso antes de que el ojo humano detecte el color.

El objetivo del equipo es fabricar y vender sus filtros por menos de $1 cada uno, lo que Bushway cree que están en camino de lograr. Debido a que las carcasas usan plástico biodegradable, el costo podría aumentar un poco, pero el material ayudaría a reducir el impacto ambiental general del filtro.

El proceso de desarrollo del filtro ha sido muy gratificante, según Bushway. "En última instancia, esta experiencia ha demostrado a los estudiantes que pueden marcar la diferencia para alguien y que hay problemas que pueden solucionar con la ciencia", dice. + Explora más

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