لقد وجد العلماء طريقة لاحتجاز وتحطيم “المواد الكيميائية إلى الأبد” بدلاً من مجرد نقلها إلى مكان آخر.

الباحثون في جامعة رايسمن خلال العمل مع متعاونين دوليين، ابتكرت طريقة جديدة صديقة للبيئة يمكنها التقاط وتفكيك “المواد الكيميائية السامة إلى الأبد” (PFAS) في الماء بسرعة. النتائج نشرت في مواد متقدمة، تمثل تقدما هاما في الجهود المبذولة لمعالجة واحدة من أكثر أشكال التلوث البيئي عنادا.

قاد البحث يونجكون تشونغ، زميل ما بعد الدكتوراه تحت إشراف مايكل س. وونغ، الأستاذ في كلية جورج آر براون للهندسة والحوسبة في رايس. وشارك في المشروع أيضًا سيوكتاي كانج، الأستاذ في المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (كايست)، وكيون هام كيم، الأستاذ بجامعة بوكيونج الوطنية في كوريا الجنوبية.

ما هي PFAS؟

PFAS، وهي اختصار لمواد البير والبولي فلورو ألكيل، هي مواد كيميائية من صنع الإنسان تم إنتاجها منذ الأربعينيات من القرن العشرين واستخدمت في مجموعة واسعة من المنتجات اليومية، بما في ذلك مقالي التفلون، والملابس المقاومة للماء، وتغليف المواد الغذائية. إن مقاومتها للحرارة والشحوم والماء جعلتها مفيدة للغاية في التصنيع والسلع الاستهلاكية. ومع ذلك، فإن هذه المتانة نفسها تعني أنها تتحلل ببطء شديد في البيئة، ولهذا السبب يُشار إليها غالبًا باسم “المواد الكيميائية الأبدية”.

تنتشر PFAS الآن على نطاق واسع، وتظهر في الماء والتربة والهواء في جميع أنحاء العالم. وقد ربطت الدراسات العلمية بين التعرض لهذه المواد وتلف الكبد، ومشاكل الإنجاب، واضطرابات الجهاز المناعي، وأنواع معينة من السرطان. لقد أثبتت جهود التنظيف أنها صعبة لأنه من الصعب إزالة PFAS وتدميرها بشكل دائم بمجرد إطلاقها في البيئة.

حدود التكنولوجيا الحالية

تعتمد معظم الأساليب الحالية لإزالة PFAS على الامتزاز، وهي عملية تلتصق فيها المواد الكيميائية بمواد مثل الكربون المنشط أو راتنجات التبادل الأيوني. على الرغم من أن هذه الأساليب شائعة الاستخدام، إلا أنها تعاني من قيود كبيرة، بما في ذلك الكفاءة المنخفضة، والتشغيل البطيء، والقدرة المحدودة، وإنتاج نفايات إضافية يجب التعامل معها والتخلص منها.

قال وونغ، أستاذ تينا وسونيت باتيل في تكنولوجيا النانو الجزيئية وأستاذ الهندسة الكيميائية والبيولوجية الجزيئية والكيمياء والهندسة المدنية والبيئية: “إن الطرق الحالية لإزالة PFAS بطيئة للغاية وغير فعالة وتنتج نفايات ثانوية”. “يقدم نهجنا الجديد بديلا مستداما وفعالا للغاية.”

مادة اختراق مع وعد في العالم الحقيقي

يركز ابتكار الفريق بقيادة رايس على مادة هيدروكسيد مزدوج الطبقات (LDH) مصنوعة من النحاس والألومنيوم، اكتشفها كيم لأول مرة عندما كان طالب دراسات عليا في المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا في عام 2021. أثناء تجربة هذه المواد، اكتشف تشونغ أن تركيبة واحدة تحتوي على النترات يمكن أن تمتص PFAS بكفاءة قياسية.

قال تشونغ، المؤلف الرئيسي للدراسة وهو الآن زميل في معهد رايس للمياه (تقنيات المياه وريادة الأعمال والأبحاث) ومعهد الاستدامة: “مما أذهلني أن مركب LDH هذا استحوذ على PFAS أفضل بأكثر من 1000 مرة من المواد الأخرى”. “كما أنها عملت بسرعة لا تصدق، حيث أزلت كميات كبيرة من PFAS في غضون دقائق، أي أسرع بحوالي 100 مرة من مرشحات الكربون التجارية.”

وتنبع فعالية المادة من بنيتها الداخلية الفريدة. تخلق طبقاتها المنظمة من النحاس والألومنيوم، جنبًا إلى جنب مع اختلالات طفيفة في الشحن، بيئة مثالية لجزيئات PFAS للارتباط بالسرعة والقوة.

ولاختبار التطبيق العملي لهذه التكنولوجيا، قام الفريق بتقييم مادة LDH في مياه النهر، ومياه الصنبور، ومياه الصرف الصحي. وفي جميع الحالات، أثبت فعاليته العالية، حيث كان أداؤه جيدًا في كل من أنظمة التدفق الثابت والمستمر. تشير النتائج إلى إمكانات قوية لتطبيقات واسعة النطاق في معالجة المياه البلدية والتنظيف الصناعي.

إغلاق الحلقة: الالتقاط والتدمير

إن إزالة PFAS من الماء ليست سوى جزء من التحدي. تدميرهم بأمان هو نفس القدر من الأهمية. من خلال العمل مع أستاذي رايس بيدرو ألفاريز وجيمس تور، طور تشونغ طريقة للتحلل الحراري لـ PFAS الملتقط على مادة LDH. ومن خلال تسخين المادة المشبعة بكربونات الكالسيوم، تخلص الفريق من أكثر من نصف PFAS المحتجز دون إطلاق منتجات ثانوية سامة. ومن اللافت للنظر أن العملية أيضًا أعادت إنشاء LDH، مما يسمح بإعادة استخدامه عدة مرات.

أظهرت الدراسات الأولية أن المادة يمكن أن تكمل ما لا يقل عن ست دورات كاملة من الالتقاط والتدمير والتجديد، مما يجعلها أول نظام مستدام وصديق للبيئة لإزالة PFAS.

جهد عالمي وتأثير عالمي

وقال وونغ: “نحن متحمسون لإمكانات هذه التكنولوجيا الفريدة من نوعها المعتمدة على LDH في تغيير كيفية معالجة مصادر المياه الملوثة بـ PFAS في المستقبل القريب”. “إنها نتيجة تعاون دولي استثنائي وإبداع الباحثين الشباب.”

المرجع: “منصة معالجة المياه القابلة للتجديد من أجل الالتقاط والتمعدن الفائق السرعة للمواد البير والبولي فلورو ألكيل” بقلم كيون هان كيم، يونغكون تشونغ، فيليب كينيون، ثي نهونغ تران، نيكولاس إتش ريس، سيونغ جو تشوي، شياو بينج هوانغ، جونغ هوي تشوي، فيليسيا اسكتلندا، سيون كيم، محمد عطية، دو كيونغ لي، جيمس إم. جولة بيدرو جي جي ألفاريز ومايكل س. وونغ وسيوكتاي كانغ، 25 سبتمبر 2025، مواد متقدمة.
دوى: 10.1002/adma.202509842

تم دعم هذا البحث من قبل برنامج أبحاث العلوم الأساسية من خلال مؤسسة البحوث الوطنية الكورية بتمويل من وزارة التعليم (2021R1A6A3A14044449، RS-2023-00242795)، والمنح المقدمة من أبحاث التقارب الوطني للتحديات العلمية وزمالة سيجونغ للعلوم من خلال مؤسسة البحوث الوطنية الكورية وتمويل من وزارة العلوم (NRF-2022M3C1C8094245) وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات (RS-2024-00395438). وقد تم تمويل هذا العمل أيضًا من قبل شركة أرامكو السعودية-كايست₂ الإدارة، مركز أبحاث هندسة أنظمة النانو لمعالجة المياه بتقنية النانو (NEWT)، ومنحة مركز البحث والتطوير الهندسي التابع لسلاح المهندسين بالجيش الأمريكي (W912HZ-21-2-0050)، ومعهد استدامة الأرز ومعهد مياه الأرز.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.