I juni, Naturvårdsverket begärde offentligt yttrande över en föreslagen regel för reglering av perklorat i offentliga dricksvattensystem.

Perklorat, en naturlig och konstgjord kemikalie, anses vara en framväxande förorening som är svår att ta bort från miljön. Det är den primära återstoden som blir över från raketbränslen, fyrverkerier och sprängämnen och finns i vanliga föremål, som gödningsmedel och vägbloss. Det värderas också i laboratorieexperiment för sin förmåga att hjälpa till vid förbränning av andra kemikalier, medan den förblir kemiskt inaktiv.

Rapporter om perkloratförorening i mark, vatten och mat har registrerats i många länder världen över, inklusive i USA, Japan, Kina, Kanada, Colombia, Grekland och Sydkorea. Det är ett problem som kan ha konsekvenser för människors hälsa. Enligt National Institutes of Healths National Center for Biotechnology, i höga doser, perklorat hämmar sköldkörtelhormonproduktionen hos människor genom att störa sköldkörtelns upptag av jod.

University of Delaware miljöingenjör Chin-Pao Huang, Donald C. Phillips professor vid institutionen för byggnads- och miljöteknik, har studerat sätt att ta bort perklorat från dricksvatten i nästan ett decennium.

Nu, Huang och Po-Yen Wang, en tidigare doktorand och nu biträdande lärare vid Widener University, har patenterat ett nytt membran som selektivt kan filtrera perklorat från dricksvatten. Forskarna patenterade idén med hjälp av UD:s Office of Economic Innovation and Partnerships (OEIP).

UD-utvecklad teknik

Enligt Huang, perklorat är giftigt även vid låga halter. En rapport från National Research Council från 2005 uppskattade att över 11 miljoner amerikaner hade perklorat i sina offentliga dricksvattenförråd i koncentrationer av fyra delar per miljard eller högre, vilket motsvarar fyra droppar av kemikalien i 10, 000 liter vatten.

Huang sa att en metod som kallas "jonbyte" koncentrerar perkloratet på små hartspärlor som kan tas bort från dricksvattnet. Perkloratet adsorberas på ytan av pärlorna och, en gång mättad, pärlorna tas bort, men det finns för närvarande ingen standardmetod för att kassera pärlorna eller för att göra dem ogiftiga.

Huang sa att detta är ett grått område för medan EPA inser att perklorat i vatten är ett problem och att det är viktigt att avlägsna det för människors hälsa, tekniken är helt enkelt inte där än. Det är här den UD-utvecklade tekniken kan hjälpa.

Det UD-utvecklade membranet kan selektivt koncentrera perkloratet och sedan reducera kemikalien till klorid, som är ogiftig vid dessa koncentrationer, med elektricitet och en bimetallisk rodium-kopparkatalysatorelektrod. Experiment hittills visar att den UD-utvecklade processen kan göras med 78 % effektivitet.

Wang utvecklade metoden medan han var doktorand vid UD, men det tog sju år att hitta rätt kombination av material för att få processen att fungera. En annan doktorand, Ching-lung Chen, fortsatte arbetet med att utveckla den nya katalysator (gjord av palladium och koppar) som används idag. Forskarna rapporterade nyligen sina resultat i American Society of Civil Engineers' Journal of Environmental Engineering .

Viktigt, den kemiska reduktionsprocessen Huangs forskargrupp skapat kan användas tillsammans med det UD-utvecklade filtreringsmembranet, men är också lämplig som en extra teknik för att komplettera för närvarande accepterade industrimetoder för att ta bort perklorat i offentligt dricksvatten.

Enligt Huang, Samma metoder som används för att elektrokemiskt reducera koncentrerat perklorat som filtreras genom det UD-framkallade membranet kan tillämpas på hartspärlor som för närvarande används i industriella processer för att avlägsna perklorat från dricksvatten. På det här sättet, Huang teoretiserar att hartserna kan regenereras för återanvändning snarare än att kasseras som farligt avfall (en dyr praxis), samtidigt minska den ekonomiska bördan och skydda miljön.

Huang medgav att även om tekniken lovar, dess framgång beror verkligen på EPA-politiken.

"Tyvärr, det ser inte ut som att problemet kommer att försvinna. Men kanske tekniken vi utvecklade kan vara användbar för dem som vill påverka policyändringar på perkloratstandarder, sa Huang.

Redan mer än ett halvdussin stater i USA, inklusive Arizona, Kalifornien, Maryland, Massachusetts, New York, Nevada, New Mexico och Texas, har fastställt statliga standarder för mängden tillåtet perklorat i dricksvatten.

En mästare för vattenkvalitet

Även om Huang har varit fakultetsmedlem vid UD sedan 1974 – han firar 45 år i tjänst för UD 2019 – är detta hans första patent. Sann, han har haft tidigare forskningsprojekt och idéer. Vissa idéer verkade till och med vara ganska patenterbara. Men utan OEIP, Huang sa, det var inget han skulle ha försökt. Särskilt, Huang krediterade tekniköverföringsteamet inom OEIP för att ha hjälpt honom att navigera i processen med lätthet.

"Förberedandet av patentdokument och uppföljningen med patentbeviljande myndigheten är tidskrävande och kräver professionellt kunnande. Jag är tacksam mot universitetet för att ha etablerat ett kontor som OEIP för att bistå fakulteten med intressen inom immateriella rättigheter och till OEIP för bemanning det med kunniga experter, "Huang sa." Det är en lång process och utan deras hjälp hade jag inte kunnat upprätthålla processen, än mindre den slutliga framgången."

UD-studenter var involverade i projektet, för. Genom OEIP:s Spin-In-program, tre studenter på grundutbildningen deltog i tidigt arbete, ge forskarna en affärsplan och en tidig 3D-printad prototyp av reaktorn som, i dag, gör det möjligt att reducera perklorat till ogiftig klorid.

Som en del av det pågående arbetet på uppdrag av universitetet, OEIP arbetar för att säkra en partner för att hjälpa till att kommersialisera denna teknik.

Vattenkvalitet har varit ett stort fokus i Huangs arbete, med forskning som spänner över frågor kring tillgång, överkomliga priser, vattenkvalitet, vattenrening med mera. 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., Kina, 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 till 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, om någon, threat these tiny travelers may pose to the environment, our water supply and our health.

Huang aims to find out.