الامتزاز الفعال لحمض البيرفلوروكتان سلفونات وحمض البيرفلوروبوتان سلفونيك من المحلول المائي على حبيبات الدياتوميت المعدلة بالأمين

لماذا تهم المواد الكيميائية العنيدة في الماء

تترك العديد من المنتجات اليومية — من المقالي غير اللاصقة وعلب الوجبات السريعة إلى رغوات مكافحة الحرائق — فئة من المركبات الصناعية تُسمى غالبًا «المواد الكيميائية الدائمة». هذه المواد، المعروفة باسم PFAS، لا تتحلل بسهولة في الطبيعة ويمكن أن تتراكم في أجسامنا، وقد رُبطت بالسرطان ومشاكل في الجهاز المناعي ومشكلات نمائية. تستعرض الدراسة الملخّصة هنا مادة ترشيح بسيطة ومنخفضة التكلفة مصنوعة من طحالب متحجرة يمكنها إزالة اثنين من مركبات PFAS الشائعة من الماء بكفاءة عالية وإعادة استخدامها مرات عديدة.

لمسة جديدة على مرشح طبيعي

ركز الباحثون على أرض الدياتوم، وهو مسحوق يتكوّن من قشور متحجرة لطحالب مجهرية. هذه المادة بحد ذاتها رخيصة ومتاحة وذات مسامية ومستخدمة بالفعل في بعض المرشحات، لكنها لا تمسك بـPFAS بقوة كافية. لتحسين أدائها، شكّل الفريق المسحوق إلى حبيبات صغيرة وغطّى أسطحها بجزيء يحتوي على مجموعات غنية بالنيتروجين يمكنها حمل شحنات موجبة. توفر هذه الحبيبات المعالجة، المسماة APTES-DE، العديد من البقع الفعالة التي تجذب الرؤوس ذات الشحنة السالبة لجزيئات PFAS مع الحفاظ على البنية المسامية التي تسمح للماء بالتدفق.

اختبار الحبيبات

فحص العلماء الحبيبات المعدلة بعدة أدوات للتصوير وتحليل السطح للتأكد من وجود الطلاء الجديد وأن المسامات الداخلية ما تزال متاحة. ثم اختبروا مدى قدرة APTES-DE على إزالة مركبين من PFAS منتشرين في الماء: PFOS، الذي يمتلك سلسلة فلورية أطول، وPFBS، نسخة أقصر. في تجارب الدفعات المحلَوقة، أزالت الحبيبات ما يصل إلى نحو 92% من PFOS و90% من PFBS في ظروف محسّنة. أظهرت البيانات أن PFAS شكلت طبقات متعددة على السطح غير المنتظم بدلاً من طلاء واحد موحَّد، بما يتوافق مع وجود بقع ارتباط قوية وضعيفة متباينة عبر كل حبة.

كيف يعمل مسار الإزالة

من خلال تغيير زمن التلامس والتركيز وحموضة الماء وظروف التدفق، فكك الفريق القوى الرئيسة المسؤولة عن التقاط PFAS. عند أس الهيدروجيني المعتدل الحمضي إلى المحايد، تصبح مجموعات النيتروجين على الحبيبات مشحونة موجبة، فتجذب رؤوس PFAS سالبة الشحنة عبر الجذب الكهروستاتيكي. في الوقت نفسه، تنجذب ذيول PFAS الكارهة للماء إلى البيئة الدقيقة الأقل مائية نسبياً على سطح الحبيبة، مضيفة «لزاجة» هيدروفوبية. كما تعمل روابط الهيدروجين بين PFAS ومجموعات السطح على السيليكا على تثبيت هذه الروابط أكثر. معًا، تخلق هذه القوى قبضة قوية وتعاونية، لا سيما على PFAS ذات السلاسل الأطول التي تعرض سطحًا هيدروفوبياً أكبر للتشبث بالحبيبات.

من دورق المختبر إلى أعمدة التدفق

نظرًا لأن محطات المعالجة الحقيقية تستخدم التدفق المستمر بدلاً من الخزانات الراكدة، حشَوا الباحثون حبيبات APTES-DE في أعمدة شفافة ومرروا من خلالها ماءً ملوّثًا بـPFAS. الحِشْيات الأطول من الحبيبات احتفظت بـPFAS لفترات أطول، مما أخر لحظة ظهور الملوثات عند المخرج وعزز الإزالة الإجمالية. كما حسَّنت معدلات التدفق البطيئة الأداء بمنح PFAS وقتًا أطول للوصول إلى أسطح الحبيبات والالتحام بها. طوال هذه التجارب، ارتبط PFOS باستمرار بقوة أكبر وظهر اختراقه لاحقًا مقارنة بـPFBS، مما يبرز كيف يؤثر طول السلسلة على التقاطها في الأنظمة العملية.

إعادة استخدام المرشح مرارًا وتكرارًا

لكي يكون أي مرشح مفيدًا على نطاق واسع، يجب تنظيفه وإعادة استخدامه دون فقد كبير في السعة. هنا، شُطفَت الحبيبات المشبعة من APTES-DE بمزيج من الكحول ومحاليل قلوية خفيفة، مما خفَّف من ارتباط PFAS وغسله بعيدًا. بعد خمسة دورات من الامتزاز والتجديد، ظلت الحبيبات تزيل أكثر من 95% من سعة PFOS الأصلية وحوالي 96% لـPFBS، مع تراجع طفيف فقط. تُشير هذه المتانة، إلى جانب كفاءات الإزالة العالية واستخدام مادة بداية متوفرة طبيعيًا، إلى أن أرض الدياتوم المعدلة بالأمين قد تصبح خيارًا عمليًا وأكثر استدامة لإزالة ملوثات PFAS العنيدة من المياه الملوثة.

الاستشهاد: Bano, A., Prasad, B., Dave, H. et al. Efficient adsorption of perfluorooctane sulfonate and perfluorobutane sulfonic acid from aqueous solution onto amine-functionalized diatomite granules. Sci Rep 16, 10368 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41388-4

الكلمات المفتاحية: إزالة PFAS, تنقية المياه, أرض الدياتوم, الامتزاز, المواد الكيميائية الدائمة