إزالة الرصاص من المياه الجوفية باستخدام الكربون المستخلص من الكاربيد

لماذا تهم عملية تنقية الماء من الرصاص

الَرَّصاص في مياه الشرب هو تهديد إلى حد كبير غير مرئي. ليس له طعم أو رائحة، ومع ذلك فإن التعرض الطويل الأمد يمكن أن يلحق الضرر بالدماغ والكلى والقلب، وهو ضار بشكل خاص للأطفال. في كل أنحاء العالم، يمكن للآبار والأنابيب أن تُبرز هذا المعدن إلى موارد المياه. يصف المقال طريقة جديدة لسحب الرصاص من المياه الجوفية باستخدام شكل شديد المسامية من الكربون، مقدمًا خيارًا سريعًا وفعالًا لمياه شرب أكثر أمانًا.

نوع جديد من الكربون الشبيه بالإسفنج

تركز الدراسة على مادة متقدمة تسمى الكربون المستخلص من الكاربيد، أو CDC. بخلاف الفحم العادي أو الكربون المنشط، يتم تصميم CDC ليملك مساحة سطح داخلية هائلة—حوالي 1600 متر مربع في غرام واحد فقط—مليئة بمسام دقيقة. فحص الباحثون في البداية شكل CDC ومما يتألف، مستخدمين مجاهر قوية وأدوات أخرى. وجدوا شبكة من جزيئات غير منتظمة الشكل ذات مسامات صغيرة جدًا وأخرى أكبر قليلًا، وبنية تتكون في الغالب من الكربون مع كميات صغيرة من الأكسجين وعناصر أخرى. تجعل هذه البنية الشبيهة بالإسفنج CDC مناسبًا بشكل خاص لالتقاط المواد المذابة من الماء.

اختبار مدى قدرة CDC على امتصاص الرصاص

لمعرفة مدى فاعلية CDC في إزالة الرصاص، أجرى الفريق سلسلة من تجارب الخزانات. مزجوا كميات صغيرة من CDC مع ماء يحتوي على مستويات معروفة من الرصاص، ثم تتبعوا كمية الرصاص المتبقية. حتى بجرعة منخفضة من CDC، تمت إزالة معظم الرصاص، وأكثر من 98 بالمئة من المعدن اختفى من الماء خلال خمس دقائق فقط. عند تغيير كمية CDC، ووقت التلامس، وتركيز الرصاص الابتدائي، وحموضة الماء، لوحظت تحولات متوقعة: المزيد من CDC يعني مزيدًا من الرصاص الكلي المُزال، بينما المستويات الابتدائية الأعلى للرصاص أعطت لكل غرام من CDC كمية أكبر للاحتفاظ بها لكنها تركت جزءًا أكبر من الرصاص في الماء. عملت المادة بشكل أفضل في ماء محايد إلى قاعدي طفيف، حيث يحمل سطحها شحنة سالبة تساعد في جذب أيونات الرصاص الموجبة الشحنة.

كيف تحفظ المادة الرصاص

بعيدًا عن الأداء البسيط، رغب العلماء في معرفة كيف يلتقط CDC الرصاص فعليًا. من خلال تحليل سطح المادة قبل وبعد المعالجة، رأوا علامات واضحة على أن الرصاص يرتبط بمجموعات كيميائية محتوية على الأكسجين على الكربون، مكونًا مركبات سطحية مستقرة. كما تلعب الشحنة على CDC دورًا: عند قيمة pH أعلى، يصبح سطحه أكثر سلبية، مما يقوي سحب الرصاص. عندما أضافوا ملحًا لجعل الماء أكثر تشابهًا مع المياه الجوفية الحقيقية، قامت أيونات الصوديوم والكلوريد المذابة جزئيًا بتظليل هذا الجذب، مما قلل قليلاً كمية الرصاص التي يمكن لـ CDC احتواؤها. ومع ذلك، حتى في الماء المالِح، أزال CDC أكثر من 99 بالمئة من الرصاص، مما يبيّن أن مسامها العديدة ومواقع الارتباط تجعلها متينة في ظروف واقعية.

السرعة والسعة وإعادة الاستخدام

أظهر تحليل البيانات التفصيلي أن الرصاص يلتصق بـ CDC بشكل منظم، بطبقة أحادية على أسطحه، وأن معدل الالتقاط يتحكم فيه مدى سرعة تفاعل أيونات الرصاص مع المواقع المتاحة. بلغت الكمية القصوى من الرصاص التي يمكن لـ CDC تخزينها نحو 89 ملليغرامًا لكل غرام من المادة، قيمة تتوافق مع أو تتفوق على العديد من الماصات الكربونية الأخرى المبلغة في الأدبيات. والأهم أن العملية مفضلة ديناميكيًا حراريًا، ما يعني أنها تميل إلى الحدوث بشكل تلقائي وتزداد قوة قليلاً عند درجات حرارة أعلى. اختبر الفريق أيضًا ما إذا كان بالإمكان غسل الرصاص حتى يمكن إعادة استخدام CDC. عن طريق الشطف بحمض خفيف، تمكنوا من إزالة الرصاص واستعادة جزء كبير من سعة المادة على مدى دورات متعددة، بينما أكدت قياسات السطح أنه لم يبق تقريبًا أي رصاص بعد إعادة التجديد.

من اختبارات المختبر إلى المياه الجوفية الحقيقية

للانتقال إلى ما هو أبعد من المحاليل المثالية للاختبار، جمع الباحثون مياه جوفية حقيقية من قطر، احتوت على العديد من الأملاح والمعادن المذابة. أضافوا إلى هذا الماء مستوى واقعياً من الرصاص وعالجوها بـ CDC. عند جرعات منخفضة نسبيًا، خفضت المادة مستويات الرصاص إلى ما دون الحدود الصارمة للسلامة المقررة لمياه الشرب، وفي جرعة معتدلة أزالت الرصاص تمامًا. مجتمعة، تشير النتائج إلى أن CDC ليست مجرد مادة ماصة عالية الأداء على الورق—بل مرشح عملي لتنظيف الآبار والمستودعات المائية الملوثة.

ما الذي يعنيه هذا لمياه أكثر أمانًا

تُظهر هذه العمل أن الكربون المصمم بعناية يمكن أن يعمل كمرشح قوي لأحد أخطر المعادن في مياه الشرب. تمنح المساحة الداخلية الضخمة لـ CDC، وسرعة عملها، وقدرتها على العمل في المياه الجوفية المالحة، وإمكانية إعادة استخدامها، ميزة على العديد من المواد القائمة. بينما سيظل من الضروري تصميم أنظمة على نطاق كامل واختبارها، توفر الدراسة دليلاً قويًا على أن CDC قد تصبح أداة مهمة للمجتمعات الساعية لطرق موثوقة ومنخفضة النفايات لإزالة الرصاص من المياه الجوفية وحماية الصحة العامة.

الاستشهاد: Manawi, Y., Abdel-Hadi, I., Tong, Y. et al. Removal of lead from groundwater using carbide-derived carbon. Sci Rep 16, 12678 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40810-1

الكلمات المفتاحية: الرصاص في مياه الشرب, معالجة المياه الجوفية, الكربون المسامي, إزالة المعادن الثقيلة, مواد تنقية المياه