اسفنجة الليفة التي ابتكرها فريق البحث التابع للدكتورة تران ثي فيت ها (32 عامًا) لها تأثير فصل الزيت والبلاستيك الدقيق عن الماء، مما يساعد في حل مشاكل التلوث البيئي.
في عام 2021، توصلت الدكتورة تران ثي فيت ها، المحاضرة في كلية التكنولوجيا المتقدمة والهندسة، بجامعة فيتنام اليابانية (جامعة فيتنام الوطنية، هانوي) وأعضاء فريقها إلى فكرة صنع مواد فائقة النفور من ألياف الليفة لإزالة الزيت والجزيئات البلاستيكية الدقيقة الموجودة في الماء. بعد أكثر من عام من البحث، تمكن الفريق من إنشاء منتج رغوي فائق المقاومة للماء يتكون من مكونين رئيسيين: الطبقة الأساسية وطبقة الطلاء.
تتكون الطبقة الأساسية من ألياف الليفة الطبيعية القديمة بسبب خصائصها التي تحتوي على العديد من مجموعات الهيدروكسيل المحبة للماء، مما يمنحها قدرة امتصاص طبيعية. خلال مرحلة التنظيف، يتم غمس سطح الليفة ورشها بطبقة من الشمع لخلق خشونة للألياف، مع تغيير خصائصها من محبة للماء إلى كارهة للماء.
يتم تصنيع الطلاء من شمع العسل، وشمع النخيل، وشمع الفاصوليا... وهي مواد طبيعية تمامًا وصديقة للبيئة.
الاسفنجة المغطاة بالشمع مقاومة للماء ولكنها تمتص الزيت بالكامل. كما أنها تجذب بسهولة جزيئات البلاستيك الدقيقة بحجم حوالي 5 ميكرومتر، وذلك بفضل الظاهرة الشعرية بفضل الهياكل ثلاثية الأبعاد والتفاعل الكهروستاتيكي بين سطح المادة وجزيئات البلاستيك.
الليفة بعد تغطيتها بالشمع تصبح مقاومة للماء بشكل كامل. الصورة: فريق البحث
تظهر نتائج الاختبار أن الخصائص الكارهة للماء للوفا جيدة عند زاوية تماس مع الماء تزيد عن 150 درجة. وهذا هو الأساس لفصل الزيت والتقاط جزيئات البلاستيك الدقيقة في خليط الماء.
وفقًا لفريق البحث، يتم تقييم السطح على أنه كاره للماء أو محب للماء بناءً على زاوية التلامس بين قطرة الماء والسطح الصلب. عندما تكون زاوية التلامس أكبر من 150 درجة، يصبح السطح كارهًا جدًا للماء. لذلك، نجحت إسفنجة الليفة في إظهار قدرتها الفائقة على مقاومة الماء.
يمكن لإسفنجات الليفة امتصاص الزيت بمعدل حوالي 72-88 جرام / جرام، مع كفاءة فصل تصل إلى أكثر من 99٪ لمخاليط الزيت / الماء. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت المادة امتصاصًا عاليًا للميكروبلاستيك، مع نتائج 381 ملجم من الميكروبلاستيك البوليسترين في 569 جرامًا من الماء، وهو ما يعادل كفاءة بنسبة 99%.
وقد أجرى الدكتور ها وزملاؤه أبحاثًا مماثلة على الرغاوي الصناعية مثل رغوة البولي يوريثين ورغوة الميلامين ومواد الطلاء الكيميائية باستخدام طرق معقدة، وهي مناسبة فقط على نطاق المختبر. وفي الوقت نفسه، يُعتقد أن مادة الليفة وطريقة طلاء الشمع الطبيعي يمكن تطبيقها على نطاق أوسع في الممارسة العملية. وأضافت الطبيبة أن "العملية بسيطة وبمعدات متوفرة بسهولة ولا تحتاج إلى مهارات تقنية عالية، خاصة أن وقت التصنيع سريع، خلال ساعة واحدة فقط".
يمكن لإسفنجة الليفة فصل الزيت عن الماء. الصورة: فريق البحث
وقدر تقرير صادر عن البنك الدولي في يوليو/تموز 2022 أن هناك حوالي 3.1 مليون طن من النفايات البلاستيكية على الأراضي في فيتنام سنويا. بالإضافة إلى الجسيمات البلاستيكية الدقيقة، يمكن أن يتسرب النفط إلى مصادر المياه من خلال التفريغ المباشر أو غير المباشر وينتشر في البيئة من خلال مسارات مختلفة، مما يؤدي إلى العديد من المشاكل الصحية المحتملة للإنسان والحيوان.
لقد تم تطبيق العديد من الطرق لحل هذه المشكلة، بما في ذلك الحرق، والمعالجة الكيميائية، والمعالجة البيولوجية... ولكنها قد تسبب تلوثًا ثانويًا. على سبيل المثال، يمكن لطريقة الحرق أن تساعد في إزالة النفط من الماء ولكنها تلوث الهواء أيضًا من خلال توليد كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت بعد العملية.
وأضاف الدكتور ها أن رغوة الألياف التي تنتجها المجموعة يمكن استخدامها لمعالجة التلوث البيئي والتغلب على المشاكل المذكورة أعلاه. نُشرت الدراسة في مجلة Environmental Technology & Innovation في يونيو 2023.
أستاذ مشارك أكد الدكتور نجوين مينه فونج، من كلية الكيمياء بجامعة العلوم (جامعة فيتنام الوطنية، هانوي)، أن النفط والبلاستيك الدقيق هما ملوثان بيئيان يثيران قلقًا كبيرًا ليس فقط في فيتنام ولكن أيضًا في جميع أنحاء العالم. يعد تلوث الانسكاب النفطي في المياه السطحية مشكلة خطيرة، ويجب أن تكون المادة المستخدمة لإزالته خفيفة للغاية وقادرة على الطفو على سطح الماء. وفي الوقت نفسه، تعتبر المواد البلاستيكية الدقيقة أكثر سمية من المواد البلاستيكية الكبيرة، ويمكن رؤيتها بالعين المجردة. إن الموضوعين اللذين تهدف مجموعة البحث التابعة للدكتور ها إلى دراستهما هما موضوعيان وذوا أهمية عملية.
وبحسب الأستاذ المشارك فونج، فإن الأبحاث المتعلقة بمعالجة النفط والبلاستيك الدقيق في البيئة المائية لا تزال متواضعة للغاية على المستوى المحلي والدولي. ولم تنجح أي مجموعة بحثية حتى الآن في تطوير مادة يمكنها معالجة النفط والبلاستيك الدقيق في البيئات المائية في وقت واحد.
وقالت إن استخدام الليفة للتعامل مع التلوث البيئي فكرة جديدة وفريدة من نوعها لأنها مادة طبيعية وصديقة للبيئة وقابلة للتحلل. لقد تم استخدام الليفة في بعض الدراسات على المواد المستخدمة في معالجة الملوثات غير العضوية مثل المعادن الثقيلة في الماء بسبب خصائصها المتميزة من حيث مساحة السطح الكبيرة وحجم المسام الكبير وكونها خفيفة الوزن للغاية وتطفو بسهولة على سطح الماء.
وتحظى المواد الفائقة كارهة للماء باهتمام العلماء في جميع أنحاء العالم أيضًا بسبب قدرتها على امتصاص الزيت بشكل انتقائي. عادة، يتم استخدام الطرق الكيميائية لتعديل 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)