استكشاف غشاء ألياف مركب من القنب/بولي أكريلونيتريل بواسطة الغزل الكهربائي وقدرات امتصاص الصباغ

تحويل مياه الصباغ القذرة إلى مورد أنظف

الملابس تضفي ألوانًا على حياتنا، لكن الأصباغ المستخدمة في صنع الأقمشة الزاهية غالبًا ما تترك وراءها مياهًا ملوثة بشدة وهواءً مُغبرًا في المصانع. تستعرض هذه الدراسة نوعًا جديدًا من المرشحات الرقيقة الشبيهة بالنسيج المصنوعة من القنب وبلاستيك صناعي شائع، يمكنه كل من تنقية مياه الصباغ الملوثة واحتجاز الجسيمات الهوائية الدقيقة. وبما أنه يستخدم مادة نباتية متجددة وطريقة تصنيع بسيطة نسبيًا، فإنه يوجه نحو طرق أكثر استدامة لإدارة تلوث صناعة النسيج.

لماذا يصعب تنظيف أصباغ الأقمشة

مياه الصرف من مصانع النسيج مزيج صعب: قد تكون ساخنة، ملونة بقوة، وغنية بمواد كيميائية بطيئة التحلل. أحد الأصباغ المستخدمة على نطاق واسع، الميثيلين بلو، عنيد بشكل خاص ويمكن أن يضر بصحة الإنسان إذا وصل إلى الأنهار أو مياه الشرب. طرق المعالجة التقليدية قد تكون معقدة أو مكلفة. المرشحات البسيطة المعتمدة على الامتزاز — وهي مواد تمسك الملوثات على أسطحها — جذابة لأنها سهلة التشغيل ويمكن تكييفها داخل المنشآت القائمة. سعى المؤلفون لتصميم مرشح ليس فعالًا في التقاط الصباغ فحسب، بل مصنوعًا من مكونات أكثر خضرة ومفيدًا لأكثر من نوع واحد من التلوث.

بناء مرشح عالي التقنية قائم على النبات

جمع الباحثون بين القنب، محصول زراعي سريع النمو غني بالسليلوز، وبولي أكريلونيتريل، وهو بوليمر قوي ومستقر شائع بالفعل في المنسوجات. أولاً، عالجوا ألياف القنب ومذّبوها في مذيبات معتمدة على الأملاح بحيث تحول السليلوز إلى محلول أملس. ثم خُلط هذا المحلول مع محلول بولي أكريلونيتريل وتحول إلى حصيرة من الخيوط فائقة النحافة باستخدام الغزل الكهربائي — وهي عملية يسحب فيها حقل كهربائي عالي الجهد أليافًا على مقياس النانومتر. من خلال ضبط عوامل مثل محتوى القنب، جهد الغزل، المسافة إلى المجمع، وسرعة تغذية المحلول، أنتجوا أغشية بألياف ناعمة وموحدة وقليلة العيوب. أظهرت المجاهر والاختبارات الميكانيكية أن الإعدادات المثلى خلقت ورقة رقيقة ومرنة بألياف مصطفة وجيدة المقاومة.

كيف يمسك الغشاء الجديد بالصُباغ والغبار

بعد صنع المرشح، فحص الفريق كيف تدعم بنيته وكيميائه عملية التنظيف. أظهرت اختبارات انتشار قطرات الماء على السطح أن الغشاء المحتوي على القنب محب للماء للغاية: انغرست القطرات خلال ثانيتين، وهو مؤشر على أن محاليل الصبغة يمكن أن تتخلل بسرعة. كشفت قياسات بنية المسام أن إضافة القنب زادت المسامية الإجمالية مقارنة بالأغشية البلاستيكية البحتة، فخلقت شبكة من القنوات التي تسمح للماء والصباغ المذاب بالوصول إلى مواقع داخلية عديدة. أكدت التحليلات الكيميائية أن مجموعات القنب الطبيعية ومجموعات النيتروجين في البلاستيك مختلطة بشكل جيد وتتفاعل بقوة، بدلًا من أن تجلس جنبًا إلى جنب. هذا الخلط الوثيق يحسن الاستقرار ويخلق نقاطًا نشطة أكثر يمكن أن تلتصق بها جزيئات الصباغ. في اختبارات ترشيح الهواء، أزال نفس الغشاء 99.97% من الجسيمات الدقيقة، ما يربط بين مساميته العالية وأليافه المنتظمة وسلوكه الممتاز في التقاط الغبار.

استكشاف قوة التنظيف بتفصيل أكبر

بعد ذلك اختبر المؤلفون مدى فعالية الغشاء في تنظيف مياه الصباغ المحاكاة وما هي الظروف الأفضل. نوّعوا تركيز الصباغ، ودرجة الحرارة، ووقت التماس، والحموضة (pH)، ومحتوى القنب، واستخدموا أدوات إحصائية لتحديد التوليفة الأكثر كفاءة. أعطت نسبة قنب تقارب 10%، ودرجة حرارة معتدلة حوالي 40–45 °م، وماء قليل القلوية، ووقت تماس كافٍ معدل إزالة صبغة يبلغ نحو 95%. من خلال ملاءمة البيانات لنماذج قياسية، استنتجوا أن جزيئات الصباغ تتحرك أولًا بسرعة إلى المسام، ثم ترتبط بصورة أبطأ وأقوى بسطوح الألياف. طاب السلوك مع نمط نموذجي لـ"الامتزاز الكيميائي"، حيث تشكل الصبغة تفاعلات محددة — مثل روابط الهيدروجين وجذب الشحنات الموجبة والسالبة — مع مجموعات موجودة على القنب والبلاستيك. اتضح أن العملية عفوية وتميل لأن تكون أكثر ملاءمة عند درجات حرارة أعلى، ووصلت السعة القصوى لحمل الصباغ في الغشاء إلى نحو 76 ملليغرام من الصباغ لكل غرام من المادة، وهي قيمة تنافس أو تفوق عدة مرشحات مماثلة وردت في أعمال سابقة.

ماذا يعني هذا لإنتاج نسيج أنظف

بشكل عام، تُظهر الدراسة أن ورقة رقيقة مصنوعة من القنب وبوليمر صناعي يمكن أن تعمل كمرشح متعدد الأغراض، يزيل بكفاءة صبغة عنيدة من الماء وجسيمات دقيقة من الهواء. للقراء غير المتخصصين، الرسالة الرئيسية هي أن الجمع بين مورد نباتي متجدد ومواد صناعية متينة، وتشكيلهما إلى حصيرة ألياف نانوية مسامية، يخلق أداة بسيطة وفعالة لمكافحة التلوث. ورغم أن الاختبارات الحالية استخدمت صبغة واحدة في ظروف مراقبة، فإن النهج يقدم طريقًا واعدًا تجاه أنظمة معالجة أكثر استدامة في مصانع النسيج الحقيقية، حيث يمكن لمادة مرشح واحدة أن تساعد في مواجهة أنواع متعددة من النفايات في آن واحد.

الاستشهاد: Sun, Y., Wang, J., Kong, W. et al. Exploration of electrospinning hemp/polyacrylonitrile composite fiber membrane and dye adsorption capabilities. Sci Rep 16, 7960 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-33369-w

الكلمات المفتاحية: مياه الصرف النسيجية, إزالة الصبغات, ألياف القنب النانوية, تصفية الهواء والماء, مواد مستدامة