تخليق نانوكومبوزيت الماغنيتايت المدعوم بكربون منشط مشتق من قشور التفاح لإزالة الميثيلين الأزرق من المحاليل المائية

تحويل نفايات الفاكهة إلى مياه نقية

تشكل مياه الصرف الملونة من مصانع النسيج وصناعات أخرى تهديدًا متزايدًا للأنهار والبحيرات ومياه الشرب. تُظهر هذه الدراسة كيف يمكن لشيء بسيط مثل قشور التفاح الملقاة أن يتحول إلى فلتر قوي يمكن فصله مغناطيسيًا ويزيل ملوثًا أزرق شائعًا من الماء تقريبًا تمامًا. بدمج نفايات المطبخ مع جسيمات ماغنيتايت النانوية، يصنع الباحثون مادة قابلة لإعادة الاستخدام تشير إلى طرق أرخص وأنظف لمعالجة مياه الصرف الصناعية.

لماذا تغمق الأصباغ مشرابنا المائية

الأصباغ الصناعية، بما في ذلك المركب الأزرق الزاهي المستخدم هنا كحالة اختبار، مصممة لتكون مقاومة: تتحمل ضوء الشمس والحرارة ولا تتحلل بسهولة بواسطة الميكروبات. عند تصريف مياه محملة بالأصباغ، حتى كميات صغيرة يمكن أن تحجب الضوء، وتعطل عملية التمثيل الضوئي لدى النباتات المائية، وتؤذي الأسماك والكائنات الأخرى. بعض الأصباغ ومنتجات تكسّرها مشتبه فيها أيضًا بأنها مسببة للسرطان أو تسبّب أضرارًا جينية لدى البشر. إزالة هذه الجزيئات من الماء تشكل تحديًا، والعديد من طرق المعالجة الحالية مكلفة، أو تُنتج نفايات ثانوية، أو يصعب تشغيلها على نطاق واسع.

من قشور التفاح إلى إسفنج مغناطيسي

سعى الفريق إلى بناء مادة فلترة منخفضة التكلفة باستخدام قشور التفاح الملقاة كمصدر للكربون فقط. أولًا، نُظفت القشور وجُففت وسُخنت في غياب الهواء لتتحول إلى مادة شبيهة بالفحم. ثم عولجت بمحلول هيدروكسيد الصوديوم وسُخنت مرة أخرى لتكوين كربون منشط ذي مساحة داخلية هائلة—أكثر من 700 متر مربع لكل غرام—مليء بمسام دقيقة حيث يمكن أن تستقر الملوثات. بعد ذلك، شكّل الباحثون جسيمات نانوية من الماغنيتايت (أكسيد الحديد) مباشرة على هذا الكربون باستخدام خطوة ترسيب كيميائية بسيطة. النتيجة مادة نانوية سوداء مساحتها مسحوقية تتصرف كإسفنج لجزيئات الصبغة ويمكن سحبها من الماء بمغناطيس.

كيف تنظف المادة الجديدة الماء

اختبر العلماء مدى كفاءة مادة الماغنيتايت المشتقة من قشور التفاح في إزالة الصبغة الزرقاء تحت ظروف مختلفة. نوّعوا حموضة الماء، ووقت التلامس، وكمية المادّة الماصة، وتركيز الصبغة، ودرجة الحرارة. عند درجة حمضية قريبة من المتعادلة، ودرجة حرارة الغرفة، وبجرعة متواضعة من المادة، أزالت حوالي 99–100% من الصبغة من ماء يحتوي على 10 ملليغرام من الصبغة لكل لتر خلال ساعتين. تشكّل جزيئات الصبغة طبقة مفردة مكتظة على سطح الكربون، وتُظهر البيانات أن العملية تتصرف كخطوة ربط كيميائي بدلاً من الالتصاق البسيط. المواقع سالبة الشحنة والمجموعات الغنية بالأكسجين على الكربون تجذب الصبغة الموجبة الشحنة، بينما يساعد الشبك المسامي الدقيق على حجز الجزيئات. والأهم من ذلك، أن الماغنيتايت المدمج يوفر قوة مغناطيسية كافية لفصل الجسيمات المستخدمة بسرعة باستخدام مغناطيس خارجي.

الأداء، وإعادة الاستخدام، والمياه العادمة الحقيقية

بعيدًا عن المحاليل الخاضعة للرقابة المخبريّة، قارن الباحثون مادّتهم مع مجموعة من الماصّات الطبيعية والتركيبية المذكورة في دراسات سابقة. أظهر المركب المصنوع من قشور التفاح سعة امتصاص قصوى عالية للصّبغة تبلغ حوالي 152 ملليغرامًا لكل غرام، متفوقًا على العديد من المواد المستندة إلى نفايات زراعية أخرى. كما عمل جيدًا في مياه الصرف النسيجية الحقيقية، التي تحتوي على مزيج من الأصباغ وملوثات أخرى، حيث بلغ كفاءة الإزالة حوالي 90%. بعد خمس دورات من الامتصاص والتنظيف بالإيثانول، احتفظت المادة بحوالي 83% من أدائها الابتدائي، مما يوضح أنه يمكن تجديدها وإعادة استخدامها مرات متعددة دون حاجة لمعدات معقّدة.

ماذا يعني هذا من أجل مياه أنظف

للغير متخصص، الرسالة الأساسية بسيطة: نفاية وفيرة من عمليات تجهيز الطعام—قشور التفاح—يمكن هندستها لتصبح فلترًا قابلًا للاسترجاع مغناطيسيًا يزيل بفعالية عالية جزيئات الصبغة العنيدة من الماء. تجمع المادة بين كفاءة مرتفعة، وتكلفة منخفضة، واسترداد سهل، مما يجعلها جذابة للمصانع التي تحتاج لمعالجة مياه الصرف الملونة قبل التصريف. وبما أن العملية مواتية بشدة وتعمل تحت ظروف معتدلة، فيمكن تكييفها لأنظمة معالجة كبيرة وربما توسيعها لتشمل ملوثات أخرى مثل المعادن الثقيلة أو مخلفات الأدوية. بهذه الطريقة، تصبح النفايات الزراعية جزءًا من الحل لتلوث الصناعة، محولة الفضلات اليومية إلى أداة لحماية الأنهار ومياه الشرب.

الاستشهاد: Mohammadi, P., Khajenoori, M. & Ghandali, M. Synthesis of magnetite nanocomposite supported on apple peel-derived activated carbon for removal of methylene blue from aqueous solutions. Sci Rep 16, 14617 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42265-w

الكلمات المفتاحية: معالجة مياه الصرف, إزالة الأصباغ, الكربون المنشط, قشر التفاح, نانوكومبوزيت مغناطيسي