تحضير مادة ممتزة من الليجنين-كيتوزان مستخلصة من مخلفات التقطير لتحسين معالجة مياه الصرف المقطرية

تحويل نفايات المصانع إلى أداة لتنقية المياه

كل كأس كحول نستهلكه يترك إرثًا مفاجئًا: جبالًا من الحبوب المبللة وخزانات من مياه الصرف الملوّثة. كلاهما مكلف في المعالجة وقد يضر بالأنهار والبحيرات إذا لم يُعالج بشكل مناسب. تستكشف هذه الدراسة فكرة أنيقة — استخدام نفاية لتنظيف نفاية أخرى. من خلال تحويل مخلفات حبوب التقطير إلى مادة قابلة لإعادة الاستخدام قادرة على حذف الملوثات من مياه الصرف المقطرية، يعرض الباحثون طريقًا نحو مياه أنظف وصناعة أكثر دائرية وأقل هدرًا.

من الحبوب المتبقية إلى مادة مفيدة

عند إنتاج الكحول من محاصيل مثل القمح، تبقى كميات هائلة من الحبوب الرطبة بعد التخمير. هذه المخلفات غنية بالليجنين، وهو مكوّن نباتي قوي يتمتع بقدرة طبيعية على الارتباط بأنواع كثيرة من الجزيئات. التحدي هو أن الليجنين الخام يصعب التعامل معه في الوسط المائي. حلّ الفريق هذه المشكلة عن طريق استخلاص الليجنين من مخلفات حبوب القمح باستخدام حمض يمكن تدويره ثم دمجه مع الكيتوزان، مادة قابلة للتحلل غالبًا ما يُستخرج من قشور القشريات. يضيف الكيتوزان مواقع مشحونة موجبة تجذب الملوثات السالبة الشحنة، بينما يوفر الليجنين هيكلًا غنيًا بالمجموعات التفاعلية لالتقاط ملوثات أخرى.

بناء إسفنجة أفضل للملوثات

باستخدام سلسلة من الخطوات الكيميائية، ربط الباحثون الليجنين والكيتوزان في مركب ممتزّ واحد — مادة صلبة تعمل كإسفنجة للملوثات المذابة. أظهرت التصويرات المجهرية أن المادة الجديدة تميزت بسطح خشن ومطوي ومقرون بمسام، على عكس الليجنين النسبي الأملس والكيتوزان المتشقق الذي جاءت منه. أكدت اختبارات أخرى أن المركب حمل مزيجًا من المجموعات الكيميائية المفيدة، بما في ذلك مواقع تحتوي على الأكسجين والنيتروجين والكبريت قادرة على جذب المواد المشحونة إيجابًا وسلبًا. وحوّلت هذه التركيبة الجسيمات إلى "منصات تماس" متعددة الاستخدامات حيث يمكن لمجموعة واسعة من الجزيئات غير المرغوب فيها في الماء الالتصاق.

تنقية مياه صرف المقطر

ثم اختبر الفريق مدى فعالية ممتزّ الليجنين–كيتوزان في تنقية مياه صرف المقطر الحقيقية. ركزوا على أربعة مقاييس قياسية لجودة المياه: التلوث العضوي الكلي (مؤشر الطلب الكيميائي للأكسجين، COD)، الفسفور الكلي، النيتروجين الكلي، والأمونيويم. في ظل ظروف مثلى — نحو غرامين من الممتز لكل لتر، وسط pH متعادل، وفترة اتصال تزيد قليلًا عن ساعتين — أزالت المادة نحو 90 في المئة من الحمولة العضوية والفسفور، وأكثر من 80 في المئة من النيتروجين والأمونيويم. اتبعت العملية نمطًا شكلت فيه الملوثات طبقة رقيقة ومنظمة على سطح الممتز، وأظهرت الحسابات أن التفاعلات كانت في الأساس كيميائية وتفضلت في درجات حرارة أعلى.

كيف تعمل آلية التقاط الملوثات

أظهرت تحليلات السطح التفصيلية، إلى جانب تجارب عبر درجات حرارة ومستويات ملوّثات مختلفة، أن أداء الممتز لا يُفسَّر بآلية واحدة فقط. بل تعمل عدة قوى معًا. تُجذب مركبات الفسفور السالبة الشحنة بواسطة مجموعات النيتروجين المشحونة الموجبة على الكيتوزان وبواسطة مجموعات حاملة للكبريت، مكوِّنة مركبات مستقرة. يتفاعل الأمونيويم وأنواع النيتروجين الأخرى عبر تبادل الشحنة وروابط الهيدروجين. تُسحب العديد من الجزيئات العضوية إلى مناطق غنية بالليجنين عبر تفاعلات طاردة للماء، فتتقلب داخل مسام المادة. حتى في حضور أيونات شائعة أخرى، يظل الممتز يزيل معظم الملوثات الرئيسية، وبعد خمس دورات من الاستخدام والتجديد يحتفظ بأكثر من 80 في المئة من قوته التنظيفية الأصلية.

خيار أكثر خضرة لمياه أنظف

بعبارات بسيطة، تُظهر الدراسة أن ما كان فيما مضى نفاية مزعجة — مخلفات التقطير — يمكن ترقيتها إلى عامل تنظيف فعال ومنخفض التكلفة لمياه صرف المقطر. من خلال إقران الليجنين النباتي مع الكيتوزان وإضافة تعديلات قائمة على الكبريت، ابتكر الباحثون مادة متينة تلتقط أنواعًا متعددة من الملوثات دفعة واحدة ويمكن إعادة استخدامها عدة مرات. مقارنة بالعديد من الخيارات التجارية، تعمل هذه المادة جيدًا، وتكلفتها نسبية منخفضة، وتعتمد على مكونات متجددة أو مستمدة من النفايات. إذا نُفِّذت على نطاق أوسع، قد تساعد هذه المقاربة المعامل على تقليص بصمتها البيئية بتحويل مخلفاتها إلى أداة عملية لحماية الأنهار والبحيرات والمياه الجوفية.

الاستشهاد: Wang, Y., Wang, H. & Liu, J. Preparation of a distillers’ grains derived lignin-chitosan adsorbent for enhanced distillery wastewater treatment. Sci Rep 16, 14499 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44058-7

الكلمات المفتاحية: مياه صرف المقطر, ممتزّ ليجنين كيتوزان, معالجة المياه الصناعية, إعادة تقييم النفايات, إزالة المغذيات