Talento

Estudantes do ensino médio desenvolvem um filtro barato para remover chumbo da água da torneira
Ao contrário dos filtros convencionais atualmente no mercado, o deles inclui um cartucho feito com plástico biodegradável e indica quando está
Por American Chemical Society - 23/03/2022


A próxima geração de cientistas e inventores já está encontrando abordagens para resolver os problemas da sociedade. Hoje, um grupo de estudantes do ensino médio e seu instrutor relatam uma solução para o problema da contaminação por chumbo na água potável – um acessório de torneira barato que remove esse metal tóxico. Ao contrário dos filtros convencionais atualmente no mercado, o deles inclui um cartucho feito com plástico biodegradável e indica quando está "esgotado" tornando a água da torneira amarela.

Os pesquisadores apresentarão seus resultados hoje na reunião de primavera da American Chemical Society (ACS).

Estudantes do ensino médio desenvolveram um filtro
(cujo interior é mostrado aqui) que se conecta a uma
torneira e remove o chumbo da água da torneira.
Crédito: Rebecca Bushway

"Alguns anos atrás, eu vi um vídeo de uma mulher em Michigan abrindo a água da torneira e ela estava marrom", diz Rebecca Bushway, que é a principal investigadora do projeto. Ela também está apresentando o trabalho na reunião. "Isso me fez pensar - porque realmente não há nível seguro de chumbo na água potável , não seria bom ter um filtro de água que pudesse dizer que sua água está contaminada, bem antes de ficar marrom por causa do chumbo?"

Embora alguns canos tenham sido reparados nos EUA, milhões de casas, especialmente aquelas em comunidades de baixa renda, ainda recebem água potável por meio de canos contendo chumbo. Se a química da água não for a ideal, ou se ela fluir rapidamente devido à alta demanda, os canos podem corroer. Quando o material corrosivo contém chumbo, o metal tóxico se dissolve ou se desprende na água, contaminando-a com uma descoloração escura e, às vezes, partículas visíveis.

Até que os tubos antigos possam ser substituídos por versões sem chumbo, os filtros podem ajudar a remover ou reduzir esse poluente da água da torneira. Embora existam vários sistemas de filtragem de chumbo, seu alto custo e tamanho grande podem ser barreiras. Além disso, poucos deles fornecem qualquer indicação de que devem ser trocados e nenhum indica que a água possa representar um risco imediato à saúde.

Bushway, professora de ciências da Barrie Middle and Upper School, perguntou em voz alta para sua turma de química do ensino médio se havia um pequeno filtro - semelhante aos que são feitos para acampar para purificar a água - que eles poderiam fazer com componentes baratos para remover facilmente o chumbo. Os alunos ficaram entusiasmados com a ideia e começaram a pensar no projeto em 2020, quando as restrições do COVID-19 os mantiveram fora da sala de aula. Em casa, a equipe se reuniu virtualmente e discutiu projetos para um acessório para aparafusar um filtro na torneira de uma pia. Então, no semestre da primavera de 2021, quando eles voltaram para a sala de aula, eles imprimiram em 3D o anexo e uma caixa de filtro de 3 polegadas de altura, usando um plástico biodegradável. O passo final foi encher os cartuchos com uma mistura de fosfato de cálcio e pó de iodeto de potássio.
 
"O fosfato de cálcio primeiro se liga ao chumbo dissolvido na água para formar fosfato de chumbo e cálcio livre. O cálcio, que é inofensivo, acaba na água, e o fosfato de chumbo fica no filtro", explica Bushway. O fosfato de chumbo, que é um sólido inerte, fica preso dentro do filtro por uma tela de nylon na parte inferior da unidade. Uma vez atingida a capacidade de reação do fosfato de cálcio , o chumbo dissolvido reage com o iodeto de potássio, que torna a água amarela, um indicador da presença de chumbo.

E embora a química em si seja bastante direta, criar o sistema de filtragem de água para fazer o que os pesquisadores pretendiam foi mais complicado. Por exemplo, o fosfato de cálcio tende a se aglomerar, fazendo com que a taxa de reação entre ele e o chumbo diminua à medida que a área de superfície diminui. Assim, o engenheiro-aluno da equipe incorporou chanfros hexagonais dentro do filtro. "Essa é uma inovação, que veio de um dos alunos do ensino médio , que vai fazer a água espiralar enquanto ela passa e evitar que o pó se grude", diz Bushway.

Em seguida, os alunos adicionarão um pequeno espectrofotômetro com um LED de comprimento de onda único na parte inferior do cartucho do filtro, onde a água é dispensada. O plano deles é ter uma luz indicadora que acenda assim que o detector identificar a cor amarela do iodeto de chumbo. Bushway diz que isso indicará que o chumbo está na água, mesmo antes que a cor seja detectável pelo olho humano.

O objetivo da equipe é fabricar e vender seus filtros por menos de US$ 1 cada, o que a Bushway acha que está prestes a fazer. Como as carcaças usam plástico biodegradável, o custo pode ser um pouco maior, mas o material ajudaria a reduzir o impacto ambiental geral do filtro.

O processo de desenvolvimento do filtro foi muito gratificante, de acordo com Bushway. "Em última análise, essa experiência mostrou aos alunos que eles podem fazer a diferença para alguém, e há problemas que eles podem resolver com a ciência", diz ela.

 

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