دراسات حركية الامتزاز والمنحنيات لتخليص صبغة الفثالوكب مايون النحاس من الوسط المائي باستخدام ممتزات قابلة للتحلل البيولوجي

تحويل النفايات إلى منظف للمياه

تمنح الأصباغ الملونة ملابسنا ومنتجات النسيج تدرجاتها الزاهية، لكن عندما تتسلل هذه الأصباغ إلى الأنهار فإنها قد تضر الحياة المائية وقد تشكل مخاطر صحية للناس. تستكشف هذه الدراسة فكرة تبدو بسيطة: هل يمكننا تحويل أوراق النباتات اليومية وغبار الحجر — مواد غالباً ما يتم التخلص منها — إلى خرّات دقيقة تسحب صبغة زرقاء عنيدة من المياه الملوثة؟ يبيّن الباحثون أن هذه الخرات القابلة للتحلل البيولوجي قادرة على تنقية المياه بكفاءة، ويمكن إعادة استخدامها عدة مرات، وقد تساعد في جعل معالجة مياه الصرف أقل تكلفة وأكثر استدامة.

لماذا تمثل الأصباغ الزرقاء تهديداً خفياً

تستخدم الصناعات الحديثة كميات كبيرة من الأصباغ الصناعية المصممة لتكون متينة: تقاوم التلاشي بفعل الضوء والحرارة والكائنات الدقيقة. وتصبح هذه المتانة ذاتها مشكلة عندما يتم إطلاق مياه صرف محمّلة بالأصباغ في الجداول والبحيرات. الصبغة الفثالوكب مايون النحاس التي درستها هذه الدراسة، والمعروفة بلونها الفيروزي الشديد، نمطية لمثل هذه المواد المستمرة. حتى كميات صغيرة يمكن أن تصبغ مسطحات مائية كبيرة، مما يحجب الضوء ويعطل التركيب الضوئي في النباتات المائية. ويمكن أن تكون بعض الأصباغ أو نواتج تحللها سامة أو مسرطنة، لذا هناك حاجة ملحّة إلى طرق بسيطة تزيلها قبل وصولها إلى البيئة.

صنع خرّات تنظيف من الأوراق والحجر

سعى الفريق إلى إنشاء «إسفنجة» منخفضة التكلفة للأصباغ باستخدام مواد نفاية. جمعوا مسحوق أوراق شجرة Syzygium cumini (شجرة فاكهة شائعة) مع غبار جرانيت ناعم من صناعة الرخام والحجر. كلاهما نفايتان متوافرتان على نطاق واسع. خلطت هذه المكونات في محلول ألجينات الصوديوم، وهي مادة هلامية طبيعية مستخرجة من الطحالب البحرية تتكوّن جِلات ناعمة بوجود أيونات الكالسيوم. أدى إسقاط هذا المزيج في محلول غني بالكالسيوم إلى تكوّن خرّات صلبة بحجم مِليمترات. كل خرّة هي مركب صغير من ألياف نباتية وجسيمات معدنية محبوسة داخل هيكل ألجيناتي، يوفر العديد من الزوايا والثقوب والمجموعات الكيميائية التي يمكن لجزيئات الصبغة الالتصاق بها.

إلى أي مدى تعمل الخرّات بفعالية؟

اختبر الباحثون بعناية كيف تؤثر عوامل مختلفة على قدرة الخرّات في سحب الصبغة الفيروزية من الماء. من خلال تغيير كمية الممتز، ومدة التلامس مع محلول الصبغة، وحموضة (pH) الماء، حدّدوا الظروف التي تعظم إزالة الصبغة. أظهرت الميكروسكوبية أن أسطح الخرّات خشنة ومملوءة بالمسام، وهي مثالية لاحتجاز الصبغة. وأكدت قياسات أخرى أن الألياف النباتية والجرانيت اندمجتا بنجاح في شبكة شبه بلورية. في الظروف المثلى، أزلت الخرّات نسبة عالية من الصبغة، خاصة عند حموضة طفيفة تميل إلى الحمضية حول pH ≈ 6، حيث تكون مجموعات السطح أكثر فعالية في التقاط جزيئات الصبغة المشحونة سلبياً.

نظرة على عملية احتباس الصبغة

لفهم ما يحدث أبعد من اختبارات قبل/بعد البسيطة، طابق الفريق بياناتهم التجريبية مع مجموعة من النماذج الرياضية الشائعة في أبحاث معالجة المياه. كشفت هذه النماذج أن جزيئات الصبغة تميل إلى تشكيل طبقة منفردة ومنظمة على سطح الخرّة بدلاً من التكدس في طبقات متعددة. ومعدل اختفاء الصبغة من الماء طابق نمطاً مرتبطاً بـ «الامتزاز الكيميائي»، حيث تهيمن تفاعلات قوية ومحددة نسبياً — مثل روابط الهيدروجين والجذب بين المجموعات المشحونة. وأظهرت الحسابات الثرموديناميكية أن العملية تطلق حرارة وتحدث تلقائياً، ما يعني أن الخرّات تميل طبيعياً إلى الاحتفاظ بالصبغة بمجرد حدوث التلامس.

خرّات قابلة لإعادة الاستخدام

بالنسبة لأي نظام معالجة عملي، يجب أن تكون المواد قابلة لإعادة الاستخدام بدلاً من أن تكون للاستخدام مرة واحدة. لذلك اختبر المؤلفون مدى إمكانية تنظيف الخرّات المحمّلة بالصبغة وإعادة استخدامها. بغسلها بمحلول قاعدي خفيف، تمكنوا من تحرير جزء كبير من الصبغة المحتجزة إلى سائل منفصل، معيدين بذلك تجديد الخرّات فعلياً. على مدى خمس دورات من الامتزاز والتفريغ، احتفظت الخرّات بجزء كبير من قدرتها التنظيفية، مما يشير إلى إمكانية استخدامها مراراً في أنظمة معالجة مياه الصرف الواقعية.

من خرّات المختبر إلى أنهار أنظف

بشكل عام، تُظهر الدراسة أن خرّات صغيرة قابلة للتحلل البيولوجي مصنوعة من أوراق مهملة وغبار حجر وهلام مستخرج من الطحالب يمكنها أن تزيل بفعالية صبغة زرقاء عنيدة من الماء بطريقة متوقعة وموفّرة للطاقة، ويمكن تجديدها عدة مرات. للقراء غير المتخصصين، الرسالة الأساسية أن نفايات شائعة يمكن تحويلها إلى مواد ذكية تساعد في حماية الأنهار والبحيرات من الأصباغ الصناعية. إذا تم توسيع نطاق هذا النهج ودمجه في محطات المعالجة، فقد تقدم هذه الخرّات البيولوجية الممتزة أداة منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة لتنظيف مياه الصرف الملونة والمساهمة في استخدامٍ دائري أكثر للموارد الطبيعية.

الاستشهاد: Sajid, Z., Afraz, M., Mehmood, S. et al. Adsorption kinetics and isotherm studies for removal of copper phthalocyanine dye from aqueous medium using biodegradable adsorbent. Sci Rep 16, 9270 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40276-1

الكلمات المفتاحية: إزالة الصبغة, معالجة مياه الصرف, ممتزات قابلة للتحلل البيولوجي, التلوث الصناعي, تنقية المياه