إزالة Sr (II) من المحاليل المائية عن طريق الامتزاز باستخدام راتنج أمبرلايت XAD-7 المُشَبَّع بالمُستخرج TOPO

لماذا يهم تنظيف هذا الخطر الخفي

السترونشيوم المشع تهديد غير مرئي يمكن أن يبقى في البيئة لعقود بعد الحوادث النووية أو التعامل غير السليم مع النفايات. عند دخوله مياه الشرب، يتصرف مثل الكالسيوم ويمكن أن يتراكم في عظامنا، مما يزيد من خطر الإصابة بالسرطان. تستكشف هذه الدراسة طريقة واعدة لاستخراج السترونشيوم من الماء بكفاءة أكبر، باستخدام حبات بلاستيكية دقيقة مطلية بمادة كيميائية خاصة. تشير النتائج إلى طرق أكثر أمانًا وعملية لمعالجة المياه الملوثة من محطات الطاقة النووية والمرافق الطبية ومواقع النفايات القديمة.

لمسة جديدة لحبات تنظيف المياه

تعتمد العديد من أنظمة معالجة المياه بالفعل على حبات راتنج صغيرة تعمل مثل الإسفنج لالتقاط المعادن غير المرغوب فيها. يركز المؤلفون على مادة من هذا النوع، راتنج تجاري يُدعى Amberlite XAD-7. بمفردها، يمكن لهذا الراتنج أن يلتقط بعض السترونشيوم، لكن الفريق سعى إلى تعزيز أدائه عن طريق تحميله بمستخرج سائل يعرف بـ TOPO، وهو جزيء يرتبط بأيونات المعادن بشكل خاص. من خلال نقع الراتنج في محلول TOPO ثم تجفيفه، أنشأوا "راتنجات مُشَبَّعة بالمذيب"، حيث تجمع كل حبة بين قوة المرشح الصلب والمذيب السائل في مادة قابلة لإعادة الاستخدام.

كيف تلتقط الحبات المطورة السترونشيوم

للتحقق من أن TOPO مرتبط بالفعل ويلعب دورًا في الالتقاط، فحص الباحثون الحبات قبل المعالجة وبعدها. أكدت التحليلات الطيفية بالأشعة تحت الحمراء ظهور إشارات كيميائية تنتمي إلى طلاء TOPO، وضعفت هذه الإشارات بعد تعرّضها للسترونشيوم، وهو ما يتوافق مع الارتباط النشط. أظهرت صور المجهر الإلكتروني أن التشريب غيّر السطح من أملس ومتماسك إلى خشن وأكثر انفتاحًا، مع امتلاء المسام بعد امتزاز السترونشيوم. تدعم هذه التغيرات فكرة أن أيونات السترونشيوم تتحرك إلى داخل مسام الراتنج وتلتصق بالسطوح المطلية، بينما يساعد كل من الإطار البلاستيكي وطبقة TOPO في تثبيتها.

إيجاد نقطة التوازن لأفضل أداء

استكشف الفريق بعد ذلك كيف تؤثر ظروف مختلفة على كمية السترونشيوم التي يمكن أن تزيلها الحبات. تبين أن الحموضة أمر حاسم: عند الأس الهيدروجيني المنخفض جدًا، تحتشد أيونات الهيدروجين على السطح وتعيق السترونشيوم، بينما عند الأس الهيدروجيني الأعلى يمكن أن يتحول المعدن جزئيًا إلى أشكال تتفاعل بسهولة أكبر مع TOPO. بلغت كفاءة الإزالة ذروتها في الظروف الحمضية الخفيفة إلى القريبة من المتعادلة (pH 6) وانخفضت مرة أخرى إذا أصبح المحلول قاعديًا جدًا، حيث يمكن أن يبدأ السترونشيوم بتشكيل جسيمات صلبة بدلاً من البقاء مذابًا. كما وجدوا أن زيادة كمية TOPO على الراتنج رفعت بشكل كبير كمية السترونشيوم الملتقطة، وأن معظم الإزالة تحدث خلال الساعة الأولى من التلامس، مع بلوغ التوازن الكامل بعد نحو أربع ساعات.

ماذا تقول الأرقام عن السعة

لترجمة نتائج اختباراتهم إلى أداء عملي، طبق الباحثون نماذج معيارية تُستخدم لوصف مقدار الملوث الذي يمكن أن يحتفظ به المادة. تطابقت البيانات الزمنية مع نمط حركي من الدرجة الثانية، والذي غالبًا ما يرتبط بتفاعلات أقوى ومحددة المواقع بين الصلب والأيونات المذابة. عندما نظروا إلى كيفية تغير السعة مع زيادة تركيز السترونشيوم، تناسب السلوك نموذجًا تكون فيه الحبات مغطاة بطبقة واحدة ومنظمة من الأيونات في مواقع محددة جيدًا. في أفضل الظروف، حقق راتنج Amberlite XAD-7 المحمَّل بـ TOPO امتصاصًا أقصى بنحو 65.79 ملليغرام من السترونشيوم لكل غرام من الراتنج — أي أعلى بكثير من الراتنج غير المعالج وتنافسي مع العديد من المواد المتقدمة المبلغ عنها في الأدبيات.

ما يعنيه هذا لمياه أكثر أمانًا

لغير المتخصص، الرسالة الأساسية هي أن المؤلفين حولوا حبة تنظيف مياه قياسية إلى فخ أقوى ومُوجَّه للسترونشيوم المشع عن طريق طلاءها بسائل مُفضل للمعادن. تعمل الحبات المطورة بأفضل شكل في ظروف قريبة من التعادل، وتلتقط السترونشيوم بسرعة نسبية، ويمكنها احتواء كميات كبيرة قبل أن تشبع. بينما تظل مسائل التكلفة والنشر على نطاق واسع قائمة، تُظهر الدراسة أن هذا التصميم الهجين الصلب–السائل مرشح قوي لمعالجة مياه الصرف النووي والمساعدة في تقليل المخاطر الصحية الطويلة الأمد الناتجة عن الملوثات النووية المستمرة.

الاستشهاد: Khani, M.H., Khamseh, A.A.G. Removal of Sr (II) from aqueous solutions by adsorption using amberlite XAD-7 resin impregnated with TOPO extractant. Sci Rep 16, 8067 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39402-w

الكلمات المفتاحية: إزالة السترونشيوم, المياه المُشادّة بالإشعاع, راتنج ماص, راتنج مُشَبَّع بـ TOPO, تنقية المياه