كربون مسامي مُستخرج من قشر الجوز لامتصاص الأصباغ العضوية بكفاءة عند درجة حرارة الغرفة

تحويل مخلفات المطبخ إلى مساعدات لتنقية الماء

تُضفي الأصباغ الملونة الحيوية على ملابسنا وطعامنا جاذبية، لكن عندما تنتهي في الأنهار والبحيرات قد تكون سامة ومُدَمِرة بيئيًا وصعبة الإزالة. تستكشف هذه الدراسة فكرة بسيطة مفاجئة: تحويل قشور الجوز المهملة، وهي نفاية زراعية شائعة، إلى مادة إسفنجية قوية قادرة على نزع الأصباغ العنيدة من الماء عند درجة حرارة الغرفة. وبذلك تربط هذه العمل بين أطعمة يومية وصناعة أنظف ومياه شرب أكثر أمانًا بطريقة عملية وصديقة للبيئة.

لماذا تشكل الأصباغ العنيدة مشكلة كبيرة

تُصمم الأصباغ الحديثة لتلتصق بالأقمشة وتقاوم ضوء الشمس والحرارة والغسيل. تجعلها هذه الخصائص نفسها صعبة الإزالة عندما تتسرب إلى مياه الصرف. تستخدم صناعة النسيج وحدها آلاف الأطنان من الأصباغ سنويًا، ويُطلق جزء كبير منها في المجاري المائية. بعض عائلات الأصباغ، بما في ذلك تلك التي تمنح ألوانًا زرقاء وبرتقالية وحمراء زاهية، يمكن أن تتحلل إلى مركبات مرتبطة بالسرطان والأضرار الجينية. كثيرًا ما تكافح طرق المعالجة التقليدية هذه الجزيئات أو تكون مكلفة للغاية للاستخدام الواسع. لذا فإن إيجاد مواد منخفضة التكلفة قادرة على سحب أنواع متعددة من الأصباغ من الماء بسرعة يشكل تحديًا ملحًا.

قشور الجوز كمورد خفي

عادةً ما تُرمى قشور الجوز بعد إزالة النواة الصالحة للأكل، ومع ذلك فهي غنية بالكربون والمركبات النباتية. جمع الباحثون القشور، ونقّوها وطحنوها إلى جزيئات دقيقة، ثم خلطوها بأملاح بسيطة تحتوي على البوتاسيوم. سُخّن هذا الخليط في فرن مُتحكم به إلى 700 أو 800 درجة مئوية في غياب الأكسجين. في هذه الظروف تتحول القشور إلى مادة خفيفة تشبه الفحم محلاة بثقوب وقنوات غير مرئية. اختبر الفريق عدة صيغ ووجد أن استخدام كربونات البوتاسيوم عند درجة الحرارة الأعلى أنتج نوعًا من كربون قشر الجوز ذا مساحة سطح داخلية هائلة وشبكة من المسامات بأحجام مختلفة.

إسفنجة نانوية تعشق اللون

لفحص فعالية هذه المادة الجديدة، اختبر العلماءها على ثلاثة أصباغ شائعة تمثل أنواعًا كيميائية مختلفة: أزرق زاهي، وأصفر-برتقالي، وأحمر عميق. وضعوا كمية صغيرة من الكربون المستند إلى قشر الجوز في محاليل الأصباغ عند درجة حرارة الغرفة وراقبوا مدى سرعة تلاشي اللون. عند مستويات أصباغ منخفضة تشبه تلك الموجودة في مياه الصرف المعالجة، أصبحت المحاليل الزرقاء والبرتقالية شبه صافية خلال نصف ساعة، وتبعتها المحلول الأحمر قريبًا. وحتى عند مستويات أصباغ أعلى، استمرت المادة في امتصاص كميات كبيرة من اللون، مع استغراق وقت أطول قليلًا للوصول إلى حدها. تظهر هذه النتائج أن الكربون المسامي يعمل كإسفنجة نانوية، موفِّرًا للجزيئات الملونة العديد من المواقع للالتحام والاستقرار.

نظرة داخل عملية التنظيف

ساعدت القياسات التفصيلية الفريق على فهم كيفية عمل كربون قشر الجوز. كشفت صور المجهر عن بنية تشبه الرغوة مكونة من جدران كربونية رقيقة وأنفاق مترابطة، في حين أكدت اختبارات بصرية أخرى أن الكربون يمتلك طبيعة جزئية منظمة تُشبه الجرافيت. عندما تتبع الباحثون مدى سرعة اختفاء الأصباغ من المحلول، طابقت البيانات نماذج يكون فيها المعدل محكومًا بسرعة وصول جزيئات الصباغ إلى المواقع الفعالة على سطح الكربون والتصاقها بها. بالنسبة للأزرق والبرتقالي، سيطرت آلية الالتصاق السطحي، بينما تحرّك الصباغ الأحمر الأثقل أبطأ داخل المسامات قبل أن يُحبَس. عمومًا أظهرت المادة أداءً قويًا مع أصباغ ذات أحجام وشحنات مختلفة، مما يشير إلى نطاق تطبيقات واسع.

ماذا يعني هذا لمياه أنظف

تخلص الدراسة إلى أن الكربون المسامي المصنوع من قشور الجوز في خطوة تسخين واحدة يمكن أن ينافس أو يتفوق على العديد من المواد الماصة الأكثر تعقيدًا وتكلفة المستخدمة اليوم. وبفضل مساحته الداخلية الضخمة وشبكة مسامه المتصلة جيدًا، تحتاج كميات صغيرة فقط من هذه المادة لتنقية مياه شديدة اللون بسرعة عند درجة حرارة الغرفة. وبما أن قشور الجوز متاحة بكثرة كنفايات زراعية، يحوّل هذا النهج النفايات إلى أداة قيمة لمكافحة التلوث. ببساطة، يُظهر العمل أن شيئًا متواضعًا مثل قشر الجوز يمكن ترقيته إلى مرشح فعّال للغاية، موفرًا طريقًا منخفض التكلفة ومستدامًا نحو مياه أوضح وأكثر أمانًا.

الاستشهاد: Kitenge, V., Shams Khameneh, A., Heshmatian, S. et al. Walnut-shell-derived porous carbon for efficient room-temperature adsorption of organic dyes. Sci Rep 16, 9756 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38102-9

الكلمات المفتاحية: معالجة مياه الصرف, فحم منشط, أصباغ عضوية, نفايات زراعية, الامتزاز