فحم منشط مستدام من نفايات النخيل لامتصاص النيكل الثنائي في الوسط المائي

تحويل نفايات المزارع إلى مرشح مائي قوي

في أنحاء العالم، تكافح مجتمعات مع أنهار وآبار ملوَّثة بمخلفات صناعية. أحد الملوثات المقلقة بشكل خاص هو النيكل، وهو معدن يمكن أن يضر بالرئتين والكليتين وقد يساهم في حدوث السرطان عند تراكمه في أجسامنا. تستكشف هذه الدراسة فكرة بسيطة وغير متوقعة: استخدام سعف النخيل المهمل—وهو نفايات زراعية كثيرًا ما تُحرق—لصنع مادة ترشيح رخيصة قادرة على نزع النيكل من الماء بكفاءة تقارب الكمال.

لماذا النيكل في الماء تهديد خفي

يظهر النيكل في مياه الصرف من عمليات الطلاء الكهربائي ومصانع البطاريات وتشطيبات المعادن والعديد من الصناعات الأخرى. وبما أنه يذوب بسهولة ويتحرك بحرية عبر التربة والمياه الجوفية، فقد ينتقل بعيدًا عن مصدر التلوث الأصلي. الجرعات المنخفضة جزء من العمليات البيولوجية الطبيعية، لكن المستويات الأعلى ترتبط بمشاكل في التنفس، وضعف المناعة، وتلف الكلى، وردود فعل تحسسية، وزيادة خطر الإصابة بسرطان الرئة. تقنيات المعالجة الحالية—مثل الترسيب الكيميائي، والمرشحات الغشائية، وتبادل الأيونات—قد تكون فعالة، لكنها عادة ما تكون مكلفة وتستهلك طاقة كبيرة وتنتج كميات كبيرة من الحمأة، مما يشكل عبئًا على المجتمعات الأصغر والأقل ثراءً.

من سعف النخيل إلى فحم عالي الأداء

تزرع مصر نخيل البلح أكثر من أي دولة أخرى، وتنتج كل شجرة أكثر من 25 كيلوغرامًا من الأوراق والسعف الجافة سنويًا. تُعامل هذه البقايا عادة كنفايات. في هذا العمل، قام الباحثون بقطع سعف النخيل إلى قطع صغيرة، وغسلوها وجففوها، ثم نقعوا المادة في حمض الفوسفوريك وتسخينها في فرن. يحول هذا الإجراء المادة النباتية إلى فحم منشط—شكل مسامي من الكربون ذو مساحة سطح داخلية هائلة. أظهرت القياسات الدقيقة أن المادة الناتجة، المسماة PFTAC، تملك بنية مسامية متوسطة مع مسام شِقّية الشكل، ومساحة سطح داخلية كبيرة (أكثر من 350 مترًا مربعًا لكل غرام)، والعديد من المجموعات الكيميائية على سطحها القادرة على التقاط أيونات المعادن من الماء.

كيف ينظف المرشح الجديد النيكل من الماء

لاختبار PFTAC، أضاف الفريق المادة إلى ماء يحتوي على نيكل وحرّكوا الخليط تحت ظروف مختلفة، متغيرين زمن التماس ودرجة الحرارة والحموضة (pH) وتركيز النيكل الابتدائي. تحت إعدادات مُحسنة—درجة حرارة معتدلة، حموضة طفيفة إلى متعادلة، ومستويات نيكل واقعية—أزالت المادة ما يصل إلى 99.65 بالمئة من النيكل المذاب خلال 90 دقيقة. أظهرت البيانات أن النيكل يلتصق أساسًا كطبقة واحدة متجانسة على سطح الفحم، بما يتوافق مع ما يعرف بإيزوثيرم لانغموير. أشارت التحليلات الحركية إلى أن العملية تُسيطر عليها تفاعلات من النوع الكيميائي أكثر من كونها حجزًا فيزيائيًا بسيطًا. تنتشر أيونات النيكل داخل المسام وترتبط بمواقع غنية بالأكسجين مثل مجموعات الهيدروكسيل والكربوكسيل والفوسفات التي تتكون أثناء معالجة حمض الفوسفوريك.

ضبط الظروف لتحقيق أقصى تنظيف

درس الباحثون أيضًا كيف تؤثر ظروف التشغيل العملية على الأداء. وجدوا أن الحموضة المنخفضة جدًا (ماء شديد الحموضة) تجعل أيونات النيكل والهيدروجين تتنافس على نفس مواقع الربط، مما يقلل الإزالة. مع ارتفاع الرقم الهيدروجيني نحو حوالي 3، يتحسن امتصاص النيكل، لكن عند قيم أعلى يبدأ النيكل في تكوين جزيئات هيدروكسيد صلبة، مما يغير سلوكه. يزيد رفع كمية الفحم المستخرج من النخيل من المواقع الفعّالة ويرفع كفاءة الإزالة، بينما تجعل درجات الحرارة الأعلى من الأسهل على أيونات النيكل الانتشار داخل المسام، مما يؤكد أن العملية ماصّة للحرارة وتتم بسهولة أكبر عند الدفء. باستخدام نهج إحصائي يُدعى منهجية سطح الاستجابة، رسم الفريق كيفية تفاعل الزمن ودرجة الحرارة والمستوى الابتدائي للنيكل، وأظهر أن نموذجهم الرياضي يمكنه التنبؤ بثقة بكفاءة الإزالة عبر نطاق واسع من الظروف.

ما يعنيه هذا لمياه أنظف وأرخص

بالنسبة لغير المتخصصين، الخلاصة مباشرة: يمكن تحويل نفاية زراعية شائعة، سعف النخيل، إلى مرشح منخفض التكلفة وقابل لإعادة الاستخدام يزيل النيكل من الماء تقريبًا بالكامل. وبما أنه مصنوع من حيوية محلية متاحة، ويتطلب أدوات ومعدات متواضعة، ويمكن تجديده وإعادة استخدامه، فقد تساعد هذه المادة المصانع والبلديات على خفض التلوث دون اللجوء إلى تقنيات معقدة ومكلفة. مع مزيد من الاختبارات في أنظمة التدفق المستمر ومياه الصرف الصناعية الحقيقية، قد يقدم الفحم المنشط من نفايات النخيل مسارًا عمليًا نحو مياه شرب أكثر أمانًا وأنهار أنظف، خصوصًا في المناطق التي تكون فيها المياه والموارد المالية شحيحة.

الاستشهاد: Hammad, W.A., Abdel-latif, M.S., Hawash, S.A. et al. Sustainable activated carbon from palm waste for aqueous nickel II adsorption. Sci Rep 16, 6523 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37088-8

الكلمات المفتاحية: إزالة النيكل, فحم منشط, نفايات النخيل, المعادن الثقيلة, معالجة مياه الصرف