ابتكر فريق البحث التابع للدكتورة تران ثي فيت ها (32 عامًا) إسفنجة ليفة لديها القدرة على فصل الزيت والبلاستيك الدقيق عن الماء، مما يساعد في حل مشاكل التلوث البيئي.
في عام ٢٠٢١، توصلت الدكتورة تران ثي فيت ها، المحاضرة في كلية التكنولوجيا المتقدمة والهندسة بجامعة فيتنام اليابان (جامعة فيتنام الوطنية، هانوي)، وأعضاء فريقها إلى فكرة ابتكار مواد فائقة النفور من الماء من ألياف اللوف لإزالة الزيوت والجسيمات البلاستيكية الدقيقة من الماء. وبعد أكثر من عام من البحث، ابتكر الفريق منتجًا رغويًا فائق النفور من الماء يتكون من مكونين رئيسيين: الطبقة الأساسية وطبقة الطلاء.
الطبقة الأساسية مصنوعة من ليفة طبيعية قديمة بفضل مجموعات الهيدروكسيل المحبة للماء التي تمنحها امتصاصًا طبيعيًا. بعد التنظيف، يُغمس سطح الليفة ويُرش بطبقة من الشمع لإضفاء خشونة على الألياف، مع تغيير خصائصها من محبة للماء إلى كارهة للماء.
يتم تصنيع الطلاء من شمع العسل، شمع النخيل، شمع الفاصوليا... وهي مواد طبيعية تمامًا وصديقة للبيئة.
الإسفنجة المغلفة بالشمع مقاومة للماء، لكنها ماصة للزيت تمامًا. كما أنها تمتص بسهولة جزيئات البلاستيك الدقيقة التي يبلغ حجمها حوالي 5 ميكرومتر، بفضل الخاصية الشعرية الناتجة عن الهياكل ثلاثية الأبعاد والتفاعلات الكهروستاتيكية بين سطح المادة وجزيئات البلاستيك.
ألياف اللوف بعد تغطيتها بالشمع تصبح مقاومة للماء تمامًا. الصورة: فريق البحث
أظهرت نتائج الاختبارات أن خصائص الليفة الكارهة للماء جيدة عند زاوية تلامس للماء تزيد عن 150 درجة. وهذا يُشكل أساس فصل الزيت والتقاط جزيئات البلاستيك الدقيقة في خليط الماء.
وفقًا لفريق البحث، يُصنّف السطح كارهًا للماء أو محبًا له بناءً على زاوية التلامس بين قطرة الماء والسطح الصلب. عندما تزيد زاوية التلامس عن 150 درجة، يصبح السطح كارهًا للماء بشكل فائق. ولذلك، أثبتت إسفنجة الليفة قدرتها الفائقة على مقاومة الماء بنجاح.
استطاعت إسفنجات الليفة امتصاص الزيت بمعدل 72-88 غ/غ تقريبًا، بكفاءة فصل تتجاوز 99% لمخاليط الزيت والماء. إضافةً إلى ذلك، أظهرت المادة قدرة امتصاص عالية للبلاستيك الدقيق، حيث بلغت كمية البلاستيك الدقيق من البوليسترين 381 ملغ في 569 غ من الماء، أي ما يعادل كفاءة 99%.
أجرت الدكتورة ها وزملاؤها أبحاثًا مماثلة على الرغاوي الصناعية، مثل رغوة البولي يوريثان ورغوة الميلامين ومواد الطلاء الكيميائي، باستخدام أساليب معقدة، وهي مناسبة فقط للاستخدام المختبري. في الوقت نفسه، يجري تقييم إمكانية تطبيق مادة اللوف وطريقة طلاء الشمع الطبيعي على نطاق أوسع عمليًا. وصرحت الطبيبة: "العملية بسيطة، وتتوفر معداتها بسهولة، ولا تتطلب تقنية عالية، خاصةً أن وقت التصنيع سريع، إذ لا يتجاوز ساعة واحدة".
إسفنجة الليفة قادرة على فصل الزيت عن الماء. الصورة: فريق بحثي
قدّر تقريرٌ صادرٌ عن البنك الدولي في يوليو/تموز 2022 أن فيتنام تُنتج حوالي 3.1 مليون طن من النفايات البلاستيكية سنويًا. بالإضافة إلى الجسيمات البلاستيكية الدقيقة، يمكن أن يتسرب النفط إلى مصادر المياه من خلال التصريف المباشر أو غير المباشر، وينتشر في البيئة عبر مساراتٍ مختلفة، مما يُسبب العديد من المشاكل الصحية المحتملة للإنسان والحيوان.
طُبّقت طرق عديدة لحل هذه المشكلة، منها الحرق والمعالجة الكيميائية والبيولوجية... إلا أنها قد تُسبب تلوثًا ثانويًا. على سبيل المثال، يُمكن للحرق أن يُساعد على إزالة النفط من الماء، ولكنه يُسبب أيضًا تلوثًا للهواء بتوليد كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت بعد العملية.
قال الدكتور ها إن إسفنجة الألياف التي طورتها المجموعة يمكن استخدامها لمعالجة التلوث البيئي والتغلب على المشكلات المذكورة. نُشر البحث في مجلة "التكنولوجيا والابتكار البيئي" في يونيو ٢٠٢٣.
قيّم الأستاذ المشارك الدكتور نجوين مينه فونغ، من كلية الكيمياء بجامعة العلوم (جامعة فيتنام الوطنية، هانوي)، النفط والبلاستيك الدقيق ملوثين بيئيين يُثيران قلقًا بالغًا، ليس فقط في فيتنام، بل في جميع أنحاء العالم. يُعدّ تلوث المياه السطحية بالنفط قضيةً مُلحّة، ويجب أن تكون المواد اللازمة لإزالته خفيفة الوزن وقادرة على الطفو على سطح الماء. في الوقت نفسه، تُعدّ البلاستيكات الدقيقة أكثر سمية من البلاستيك كبير الحجم، ويمكن رؤيتها بالعين المجردة. ويهدف فريق الدكتور ها البحثي إلى دراسة هذين الموضوعين، وهما موضوعان حديثان وذوا أهمية عملية.
وفقًا للأستاذ المشارك فونغ، لا تزال الأبحاث المتعلقة بمعالجة النفط والبلاستيك الدقيق في البيئة المائية متواضعة جدًا على الصعيدين المحلي والدولي. ولم تُطوّر أي مجموعة بحثية حتى الآن موادًا لمعالجة النفط والبلاستيك الدقيق في البيئة المائية في آنٍ واحد.
قالت إن استخدام اللوف لمعالجة التلوث البيئي فكرة جديدة وفريدة، فهو مادة طبيعية وصديقة للبيئة وقابلة للتحلل الحيوي. وقد استُخدم اللوف في بعض الدراسات على مواد لمعالجة الملوثات غير العضوية، مثل المعادن الثقيلة في الماء، لما يتميز به من خصائص مميزة، مثل مساحة سطحه الكبيرة، وحجم مسامه الكبير، وخفته الفائقة، وسهولة طفوه على سطح الماء.
تجذب المواد فائقة النفور من الماء أيضًا اهتمام العلماء حول العالم نظرًا لقدرتها على امتصاص الزيت بشكل انتقائي. عادةً، تُستخدم طرق كيميائية لتحويل المواد المسامية إلى أسطح كارهة للماء.
وبحسب PSG Phuong، فإن استخدام الشمع من أصل طبيعي مثل مجموعة البحث لتعديل سطح المواد يعد فكرة مثيرة للاهتمام ذات قابلية تطبيق عالية.
بيتش ثاو
تعليق (0)