Breaking News

Breaking

Post Top Ad

Your Ad Spot

Thursday, March 10, 2022

استخدام الصابون لإزالة الملوثات الدقيقة من الماء

استخدام الصابون لإزالة الملوثات الدقيقة من الماء

التسمية التوضيحية: رسم تخطيطي لجزيئات هيدروجيل المليئة في سرير معبأ لإزالة الملوثات الدقيقة. الائتمان: مختبر دويل

تخيل الملايين من الصابون الإسفنجي بحجم الخلايا البشرية التي يمكنها تنظيف المياه عن طريق امتصاص الملوثات. يستخدم هذا النموذج المبسط لوصف التكنولوجيا التي طورها المهندسون الكيميائيون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مؤخرًا لإزالة الملوثات الدقيقة من الماء – وهي مشكلة عالمية مقلقة.

باتريك إس دويل ، أستاذ روبرت ت. هاسلام في الهندسة الكيميائية ، دكتوراه. نشر الطالب Devashish Pratap Gokhale ، والطالب الجامعي Ian Chen مؤخرًا بحثهما حول إزالة الملوثات الدقيقة في المجلة مواد البوليمر التطبيقية ACS. يتم تمويل العمل من قبل مختبر عبد اللطيف جميل لأنظمة المياه والغذاء (J-WAFS) التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

على الرغم من تركيزاتها المنخفضة (حوالي 0.01-100 ميكروغرام لكل لتر) ، يمكن أن تكون الملوثات الدقيقة خطرة على النظام البيئي وصحة الإنسان. تأتي من مجموعة متنوعة من المصادر وتم اكتشافها في جميع الجثث تقريبًا ، كما يقول جوخال. الأدوية التي تمر عبر البشر والحيوانات ، على سبيل المثال ، يمكن أن تتحول إلى ملوثات دقيقة في إمدادات المياه. يمكن للآخرين ، مثل bisphenol A (BPA) المُسبب لاضطرابات الغدد الصماء ، أن تتسرب من المواد البلاستيكية أثناء التصنيع الصناعي. المبيدات ، والأصباغ ، والبتروكيماويات ، و per-and polyfluoroalkyl ، والمعروف أكثر باسم PFAS ، هي أيضًا أمثلة على الملوثات الدقيقة ، مثل بعض المعادن الثقيلة مثل الرصاص والزرنيخ. هذه ليست سوى بعض أنواع الملوثات الدقيقة ، والتي يمكن أن تكون جميعها سامة للإنسان والحيوان بمرور الوقت ، مما قد يتسبب في الإصابة بالسرطان أو تلف الأعضاء أو عيوب النمو أو غيرها من الآثار الضارة.

تتعدد الملوثات الدقيقة ولكن نظرًا لصغر كتلتها الجماعية ، فمن الصعب إزالتها من الماء. حاليًا ، أكثر الممارسات شيوعًا لإزالة الملوثات الدقيقة من الماء هي امتزاز الكربون النشط. في هذه العملية ، يمر الماء من خلال مرشح كربون ، ويزيل 30 بالمائة فقط من الملوثات الدقيقة. يتطلب الكربون المنشط درجات حرارة عالية لإنتاجه وتجديده ، مما يتطلب معدات متخصصة ويستهلك كميات كبيرة من الطاقة. يمكن أيضًا استخدام التناضح العكسي لإزالة الملوثات الدقيقة من الماء ؛ ومع ذلك ، “لا يؤدي ذلك إلى التخلص الجيد من هذه الفئة من الجزيئات ، بسبب كل من تركيزها وبنيتها الجزيئية ،” يوضح دويل.

مستوحى من الصابون

عند ابتكار حل لكيفية إزالة الملوثات الدقيقة من الماء ، استوحى باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من إمدادات التنظيف المنزلية الشائعة – الصابون. الصابون ينظف كل شيء من أيدينا وأجسادنا إلى الأطباق المتسخة إلى الملابس ، لذلك ربما يمكن أيضًا استخدام كيمياء الصابون في تعقيم المياه. يحتوي الصابون على جزيئات تسمى المواد الخافضة للتوتر السطحي والتي تحتوي على مكونات كارهة للماء (تكره الماء) ومحبة للماء (محبة للماء). عندما يتلامس الماء مع الصابون ، تلتصق الأجزاء الكارهة للماء من المادة الخافضة للتوتر السطحي معًا ، وتتجمع في هياكل كروية تسمى المذيلات مع الأجزاء الكارهة للماء من الجزيئات في الداخل. تحبس نوى الميسيل المقاومة للماء وتساعد في حمل المواد الزيتية مثل الأوساخ.

قام مختبر دويل بتصنيع جزيئات هيدروجيل محملة بالميسيل لتنظيف المياه بشكل أساسي. يوضح جوخال أنهم استخدموا الموائع الدقيقة التي “تتضمن معالجة السوائل على مقاييس صغيرة جدًا تشبه الميكرون” لتوليد جزيئات هيدروجيل البوليمرية بشكل مستمر وقابلة للتكاثر. تشتمل هذه الهلاميات المائية ، المسامية والممتصة ، على عامل خافض للتوتر السطحي ، ومبتدئ ضوئي (جزيء ينتج أنواعًا تفاعلية) ، وعامل ربط متقاطع يعرف باسم PEGDA. يتجمع الفاعل بالسطح في مذيلات مرتبطة كيميائياً بالهيدروجيل باستخدام الضوء فوق البنفسجي. عندما يتدفق الماء عبر نظام الجسيمات الدقيقة هذا ، تلتصق الملوثات الدقيقة بالمذيلات وتنفصل عن الماء. التفاعل الفيزيائي المستخدم في النظام قوي بما يكفي لسحب الملوثات الدقيقة من الماء ، لكنه ضعيف بما يكفي لفصل جزيئات الهيدروجيل عن الملوثات الدقيقة وإعادة استقرارها وإعادة استخدامها. يُظهر الاختبار المعملي أن كلاً من سرعة ومدى إزالة الملوثات يزدادان عندما تزداد كمية الفاعل بالسطح المدمج في الهلاميات المائية.

“لقد أظهرنا ذلك من حيث معدل الانسحاب ، وهو ما يهم حقًا عند توسيع نطاق هذا الأمر ، أنه من خلال التنسيق الأولي الخاص بنا ، يمكننا بالفعل التفوق على الكربون المنشط “، كما يقول دويل.” يمكننا بالفعل تجديد هذه الجسيمات بسهولة بالغة في درجة حرارة الغرفة. ما يقرب من 10 دورات تجديد مع الحد الأدنى من التغيير في الأداء ، “ويضيف.

يحدث تجديد الجزيئات عن طريق نقع المذيلات في 90٪ من الإيثانول ، حيث “تخرج جميع الملوثات من الجزيئات وتعود إلى الإيثانول” كما يقول جوخال. يعتبر الإيثانول آمنًا بيولوجيًا بتركيزات منخفضة وغير مكلف وقابل للاحتراق ، مما يسمح بالتخلص الآمن والمجدي اقتصاديًا. إن إعادة تدوير جزيئات الهيدروجيل تجعل هذه التقنية مستدامة ، وهي ميزة كبيرة على الكربون النشط. يمكن أيضًا ضبط الهلاميات المائية مع أي ملوث دقيق مسعور ، مما يجعل هذا النظام طريقة جديدة ومرنة لتنقية المياه.

زيادة

أجرى الفريق تجارب في المختبر باستخدام 2-naphthol ، وهو ملوث دقيق يعد ملوثًا عضويًا مثيرًا للقلق ومعروف أنه يصعب إزالته باستخدام طرق تنقية المياه التقليدية. إنهم يأملون في مواصلة الاختبار باستخدام عينات مياه حقيقية.

يقول دويل: “في الوقت الحالي ، نضع ملوثًا دقيقًا واحدًا في مياه المختبر النقية. نرغب في الحصول على عينات مياه من البيئة الطبيعية ، يمكننا دراستها والنظر إليها بشكل تجريبي”.

باستخدام الموائع الدقيقة لزيادة إنتاج الجسيمات ، يأمل دويل ومختبره في صنع مرشحات منزلية ليتم اختبارها بمياه الصرف الصحي الحقيقية. ثم يتوقعون التوسع في معالجة المياه البلدية أو حتى معالجة مياه الصرف الصناعي.

قدم المختبر مؤخرًا طلب براءة اختراع دولي لتقنية هيدروجيل التي تستخدم المذيلات المعطلة. يخططون لمواصلة هذا العمل من خلال تجربة أنواع مختلفة من الهلاميات المائية لإزالة ملوثات المعادن الثقيلة مثل الرصاص من الماء.

التأثيرات المجتمعية

بتمويل من منحة J-WAFS الأولية لعام 2019 الجارية حاليًا ، يتمتع هذا البحث بالقدرة على تحسين السرعة والدقة والكفاءة والاستدامة البيئية لأنظمة تنقية المياه في جميع أنحاء العالم.

يقول جوخال: “كنت أرغب دائمًا في القيام بعمل كان له تأثير اجتماعي ، وكنت دائمًا مهتمًا بالمياه ، لأنني أعتقد أنها رائعة حقًا”. ويلاحظ ، “من المثير حقًا كيف تتناسب المياه مع أنواع مختلفة من الحقول … علينا أن نأخذ في الاعتبار ثقافات الشعوب ، وكيف سنستخدم هذا ، وبعد ذلك فقط المساواة في عمليات المياه هذه.” يقول جوخال ، وهو في الأصل من الهند ، إنه رأى أماكن بالكاد بها أي مياه على الإطلاق وأخرى تتعرض للفيضانات عامًا بعد عام. يقول جوخال: “هناك الكثير من العمل المثير للاهتمام الذي يتعين القيام به ، وأعتقد أن العمل في هذا المجال سيؤثر حقًا على حياة الكثير من الناس في السنوات القادمة”.

ويضيف دويل: “الماء هو أهم شيء ، ربما للعقود القادمة ، لذا من المُرضي للغاية العمل على شيء مهم جدًا للعالم بأسره”.


تسهيل عمل الملوثات الدقيقة الناشئة


معلومات اكثر:
Devashish Gokhale et al ، جزيئات Micelle-Laden Hydrogel الدقيقة لإزالة الملوثات الدقيقة الكارهة للماء من الماء ، مواد البوليمر التطبيقية ACS (2022). DOI: 10.1021 / acsapm.1c01691

تم إعادة نشر هذه القصة بإذن من MIT News (web.mit.edu/newsoffice/) ، وهو موقع شهير يغطي الأخبار المتعلقة بالبحوث والابتكار والتدريس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

الاقتباس: استخدام الصابون لإزالة الملوثات الدقيقة من الماء (2022 ، 10 مارس) تم استرداده في 10 مارس 2022 من https://phys.org/news/2022-03-soap-micropollutants.html

هذا المستند عرضة للحقوق التأليف والنشر. بصرف النظر عن أي تعامل عادل لغرض الدراسة أو البحث الخاص ، لا يجوز إعادة إنتاج أي جزء دون إذن كتابي. يتم توفير المحتوى لأغراض إعلامية فقط.

No comments:

Post a Comment

Powered by Blogger.

Search This Blog

Post Top Ad