تقتل 99.9% من الجراثيم.. مادة عبقرية قد تحل مشكلة تلوث مياه الشرب

تقتل 99.9% من الجراثيم.. مادة عبقرية قد تحل مشكلة تلوث مياه الشرب


 07/03/2019


بكين : مع مواجهة العالم لتغير المناخ وندرة المياه مستقبلا فإن إيجاد طريقة بيئية نظيفة لتنقية مياه الشرب أمر ذو أهمية قصوى. ومن أجل تحقيق هذا الهدف، طور باحثون صينيون طريقة جديدة لإزالة البكتيريا من المياه، ويقولون إنها عالية الكفاءة وآمنة بيئيا.

فمن خلال تسليط الأشعة فوق البنفسجية على رقاقة (صفيحة) ثنائية الأبعاد لمُركَّب نيتريد الكربون الغرافيتي، أمكن للنموذج الأولي الذي ابتكره الباحثون تنقية عشرة لترات ماء خلال ساعة واحدة فقط، حيث أدى ذلك لقتل جميع البكتيريا الضارة تقريبا.

ويعرف هذا النوع من تنقية المياه بالتطهير الضوئي، وغالبا ما يتم الحديث عنه بحماس شديد كبديل جذاب لأنظمة تنقية المياه الحالية، مثل التطهير بالكلور أو التعقيم بالأوزون حيث لا تعتبر أي من الطريقتين صديقة للبيئة.

ويعتقد الباحثون بالأكاديمية الصينية للعلوم في بكين وجامعة يانغتشو في جيانغسو أنهم قد وجدوا أخيرا حلا عمليا وفعالا وغير سام.

ويؤكد دان وانغ كبير المؤلفين للورقة البحثية -التي تم نشرها في دورية كيم- أنه "يمكن للتطبيق المستقبلي لتكنولوجيا التطهير الضوئي أن يخفف إلى حد كبير من شح المياه النظيفة ونقص الطاقة العالمي".

كيف تعمل؟
الطريقة التي تعمل بها هذه التقنية بسيطة جدا حيث يمكن استخدام مواد مختلفة محفزات ضوئية بالماء، مما يعني أنها تمتص الضوء وتحفز تفاعلات الأكسجين في وجود أطوال موجية معينة من الضوء. وتنتج هذه التفاعلات جزيئات تُعرف باسم أنواع الأكسجين التفاعلية "آر أو أس" (ROS) وهي فعالة في قتل الكائنات الحية الدقيقة.

هناك الكثير من المحفزات المعدنية الفعالة التي يمكن استخدامها لهذا الغرض، ولكنها للأسف تترك بعض بقايا المعادن بالماء. وفي الوقت نفسه، تعتبر المحفزات غير المعدنية -مثل الأنابيب النانوية والغرافين- أكثر أمانا، ولكنها أقل كفاءة من نظيراتها المعدنية، لأنها لا تنتج ما يكفي من جزيئات "آر أو أس" لإنجاز هذه المهمة.

أما الحل الجديد الذي توصل إليه الباحثون فهو مادة اصطناعية تعرف باسم نيتريد الكربون الغرافيتي، وهي رقيقة جدا وتمتلك جميع الخصائص الصحيحة لامتصاص الضوء وإنتاج ما يكفي من جزيئات "آر أو أس" لقتل البكتيريا. وقد اجتذبت هذه المادة اهتماما متزايدا على مدار السنين بسبب قدرتها على تخزين الطاقة.

وباستخدام الضوء فقط، وجد الباحثون أن رقائق (صفائح) ثنائية الأبعاد من هذه المادة يمكن أن تنقي المياه الملوثة بسرعة.

وشهد اختبار أولي التخلص من 99.999999% من جميع البكتيريا الإشريكية القولونية في عينة حجمها 50 ملليلترا في غضون نصف ساعة فقط. وهو أسرع بخمس مرات من أي محفز ضوئي آخر خال من المعادن نعرفه حاليا. بالإضافة إلى أن التفاعل لا يستهلك سوى عُشر كمية المحفز كل مرة.

وكتب الباحثون في ورقتهم البحثية "هذه الكفاءة العالية بشكل ملحوظ قابلة للمقارنة أيضا مع أفضل عوامل التحفيز الضوئي المستندة إلى المعادن". وتأتي الكفاءة من البنية الفريدة لهذه المادة.

وأفضل ما في هذا الابتكار -كما يقول المؤلفون- أن نظاما كهذا لن يكون من الصعب إعادة إنتاجه على نطاق واسع، ويمكن تصنيع نيتريد الكربون الغرافيتي بسهولة بتكلفة منخفضة، وأن نظام التنقية نفسه بسيط وغير مكلف لتجميعه.

ومن المتوقع أن يطور دمج هذه التقنية الجديدة -مع بعض الأساليب المستخدمة حاليا لتنقية المياه- طريقة ثورية لتنقية المياه بشكل عملي أكثر كفاءة من الأنظمة المتاحة حاليا، فضلا عن أنه سيكون منخفض الكلفة وآمنا بيئيا.