الصدأ الذكي.. فريق ألماني يطور تقنية جديدة لتنقية المياه من عدة ملوثات
تاريخ النشر: 17th, August 2023 GMT
عادة ما يؤدي صب بقع الصدأ في الماء إلى جعله أكثر اتساخا، لكن فريقا من الباحثين طور جزيئات نانوية من أكسيد الحديد أطلق عليها اسم "الصدأ الذكي"، تجعل الماء أكثر نظافة.
يمكن أن يجذب الصدأ الذكي العديد من المواد، بما في ذلك الزيت واللدائن الدقيقة والنانوية، بالإضافة إلى مبيدات الأعشاب المعروفة باسم غليفوسات، ونظرا إلى أن جسيمات الصدأ الذكي النانوية تكون مغناطيسية، فيمكن إزالتها بسهولة من الماء باستخدام المغناطيس جنبا إلى جنب مع الملوثات.
وقد أفاد الفريق البحثي من "جامعة فريدريش ألكسندر إرلانغن نورنبرغ" الألمانية في الاجتماع الخريفي للجمعية الكيميائية الأميركية المنعقد حاليا في سان فرانسيسكو بولاية كاليفورنيا أنهم قاموا بتعديل جزيئات "الصدأ الذكي" لجعلها قادرة على احتجاز هرمونات الأستروجين التي من المحتمل أن تكون ضارة للحياة المائية.
خصائص الصدأ الذكييقول الدكتور ماركوس هاليك -الباحث الرئيسي في المشروع- في البيان الصحفي المنشور على موقع "فيز دوت أورغ" إن هذا "الصدأ الذكي رخيص وغير سام وقابل لإعادة التدوير"، وأضاف "استخدمناه لإزالة جميع أنواع الملوثات، مما يدل على إمكانية استثمار هذه التقنية لتحسين معالجة المياه بشكل كبير".
لسنوات عديدة، كان الفريق البحثي الذي يقوده هاليك يبحث عن طرق صديقة للبيئة لإزالة الملوثات من المياه، واستخدموا جزيئات أكسيد الحديد النانوية الفائقة المغنطة، بحيث تنجذب إلى المغناطيسات ولكن ليس إلى بعضها البعض، ومن ثم لا تتكتل جزيئاتها.
لجعلها "ذكية"، طور الفريق تقنية لربط جزيئات حمض الفوسفونيك على كريات بحجم النانومتر. يقول هاليك "بعد أن نضيف طبقة من الجزيئات إلى نوى أكسيد الحديد، تبدو مثل الشعيرات الخارجة من أسطح تلك الجسيمات. بعد ذلك، ومن خلال تغيير ما يرتبط بالجانب الآخر من الأحماض الفوسفونية، يمكن للباحثين ضبط خصائص أسطح الجسيمات النانوية لامتصاص أنواع مختلفة من الملوثات بقوة".
كانت الإصدارات المبكرة من الصدأ الذكي تحبس الزيت الخام من المياه التي تم جمعها من البحر الأبيض المتوسط، والغليفوسات من مياه البركة القريبة من الجامعة. بالإضافة إلى ذلك، أظهر الفريق أن "الصدأ الذكي" يمكنه إزالة البلاستيك النانوي والدقيق المضاف إلى عينات المختبر ومياه الأنهار.
وقد أراد عضو الفريق، طالب الدراسات العليا "لوكاس مولر" معرفة ما إذا كان بإمكانه تعديل جسيمات الصدأ النانوية لجذب الملوثات النزرة، مثل الهرمونات.
فعندما يتم إفراز بعض هرمونات الجسم البشري، يتم ضخها في مياه الصرف الصحي وتدخل في نهاية المطاف إلى المجاري المائية. الأستروجين الطبيعي والاصطناعي هو أحد هذه المجموعات من الهرمونات، وتشمل المصادر الرئيسية لها النفايات من البشر والماشية. يقول مولر إن كميات هرمون الأستروجين منخفضة جدًا في البيئة، لذلك يصعب إزالتها.
مع ذلك، فقد ثبت أن هذه المستويات تؤثر على عملية التمثيل الغذائي وتكاثر بعض النباتات والحيوانات، على الرغم من أن تأثيرات المستويات المنخفضة من هذه المركبات على البشر على مدى فترات طويلة غير معروفة تمامًا.
يقول مولر "بدأت بنوع الأستروجين الأكثر شيوعًا، وهو الإستراديول، ثم أربعة مشتقات أخرى تشترك في هياكل جزيئية متشابهة". تحتوي جزيئات الأستروجين على جسم ستيرويد ضخم وأجزاء ذات شحنات سالبة طفيفة.
ولاستغلالِ كلتا الخاصيتين، طلى الباحث جزيئات أكسيد الحديد النانوية بمجموعتين من المركبات: واحدة طويلة والأخرى موجبة الشحنة. نظم الجزيئان نفسيهما على سطح الجسيمات النانوية، وبنيا مليارات من "الجيوب" التي تجذب الإستراديول وتحبسه في مكانه.
ونظرًا إلى أن تلك الجيوب غير مرئية للعين المجردة، فقد استخدم مولر أدوات عالية التقنية للتحقق من وجود جيوب محاصرة للأستروجين، وتُظهر النتائج الأولية قدرة جزيئات "الصدأ الذكي" المعالجة بهذه الطريقة على الاستخراج الفعال للهرمونات من عينات المختبر.
لكن الباحثين بحاجة إلى النظر في تجارب إضافية من التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. يوضح مولر "نحاول استخدام قطع أحجية مختلفة لفهم كيفية تجمع الجزيئات فعليا على سطح الجسيمات النانوية".
في المستقبل، سوف يختبر الفريق هذه الجسيمات على عينات مياه حقيقية ويحدد عدد المرات التي يمكن إعادة استخدامها فيها. نظرًا إلى أن كل جسيم نانوي يحتوي على مساحة سطح عالية مع وجود الكثير من الجيوب.
يقول الباحثون إن جسيمات "الصدأ الذكي" المعالجة بهذه الطريقة قادرة على إزالة هرمون الأستروجين من عينات المياه المتعددة، بمعنى أنه يمكن استخدامها عدة مرات وليس مرة واحدة، ومن ثم تقل تكلفة التنظيف، ويخلص هاليك إلى أنه من خلال إعادة تدوير هذه الجسيمات بشكل متكرر، يمكن أن يصبح تأثير المواد الضارة في المياه المعالجة بهذه الطريقة ضئيلًا للغاية.
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: إلى أن
إقرأ أيضاً:
باحث ألماني يكتشف قفل ذهبي يعود إلى العصر الروماني
باستخدام جهاز الكشف عن المعادن عثر الباحث الألماني قسطنطين فريد من الرابطة المحلية (ويستفاليا - ليبه) على قفل ذهبي صغير يعود إلى العصر الروماني.
ولا يلفت الانتباه عمر القطعة الأثرية فحسب، بل وحجمها الصغير جدا الذي يبلغ 1.2× 1.1 سنتيمتر فقط، مما يجعلها اكتشافا فريدا ومثيرا.
ويمثل هذا القفل نسخة مصغرة من القفل الروماني النمطي، وهو أصغر من قطعة نقدية حديثة بقطر 23 ملم. وتم تصنيعه من صفيحتين معدنيتين أسطوانيتين مغلقتين بغطاء ومثبتتين بواسطة مسامير. والهيكل الخارجي مزخرف بصفين دائريين من الثقوب المتقابلة وكان القفل يستخدم منذ حوالي 1600 عام.
قالت باربارا ريشوف- بارتسينغر، المديرة الثقافية والمشاركة في البحث: "تم تصنيع هذا القفل في مقاطعة رومانية إقليمية. وبناء على شكله وهيكله الفني وأسلوب زخرفته، يمكن القول إنه يعود إلى القرن الثالث أو الرابع الميلادي."
ويشير الباحثون إلى أن مثل هذه الأقفال كانت تُستخدم على الأرجح لحماية الصناديق الكبيرة أو الأشياء المشابهة لصناديق المجوهرات الأصغر حجما.
ويفترض علماء الآثار أن القفل ربما وصل إلى شمال الراين - ويستفاليا عن طريق التجارة، أو كهدية تذكارية أحضرها أحد أفراد النخبة المحلية بعد عودته من الخدمة العسكرية الرومانية.
ومن أجل دراسة آلية القفل استخدم الباحثون تقنية متطورة للتصوير المقطعي بالنيوترونات ثلاثية الأبعاد، وكشفت المقاطع العرضية عن مكونات حديدية، بما في ذلك إطار بنابض، ودليل، ومزلاج، ولوحة دعم، ودبوس وأظهرت هذه البيانات أن الآلية سليمة بشكل أساسي، لكنها تعرضت للتلف، ربما بسبب محاولة اختراق ما.
وبفضل البيانات التي تم الحصول عليها من التصوير المقطعي، تمكن العلماء من إنشاء نسخة من القفل بمقياس 4:1.
وأكد الباحثون أن هذا الاكتشاف غير العادي يُظهر مستوى عال من الإتقان في مجال معالجة المعادن وتصنيع الأقفال في المقاطعات الرومانية.
وكيل إمارة الرياض المساعد للحقوق يحضر حفل سفارة جمهورية اتحاد ميانمار بمناسبة اليوم الوطني لبلادها