مركب MIL-101(Cr) المُجمَّع في الموقع والمزوَّد بالكيتوزان وحمض التانيك كممتص فعال لإزالة أيونات Pb2+ من المحاليل المائية

لماذا تهمة تنظيف الرصاص من المياه مهمة

الرصاص تهديد خفي في كثير من إمدادات المياه حول العالم. يمكن أن يتسرب إلى الأنهار والمياه الجوفية من المصانع والمناجم والأنابيب القديمة، وحتى كميات ضئيلة منه قد تضر بالدماغ والقلب والكليتين—خاصةً لدى الأطفال. يستكشف هذا البحث مادة جديدة تعمل مثل إسفنجة مجهرية، تزيل الرصاص من الماء بكفاءة وموثوقية وبطريقة قابلة لإعادة الاستخدام مرات عديدة، مما يقدم خيارًا واعدًا لمياه شرب أكثر أمانًا ونظم بيئية أنظف.

نوع جديد من الإسفنج الذكي للتنظيف

بنى الباحثون مادة هجينة تجمع مكونات من مختبرات الكيمياء والطبيعة معًا. العمود الفقري لها هو بلورة مسامية عالية تُدعى MIL-101(Cr)، تحوي أقفاصًا ونفاقًا دقيقة توفر مساحة سطح داخلية كبيرة جدًا. على هذا الإطار جمّعوا مُعينين مُستخلصين من النباتات والقشور: الكيتوزان، وهو بوليمر حيوي يستخرج من قشور القشريات، وحمض التانيك، مركب طبيعي غني بمجموعات كيميائية قادرة على جذب المعادن. عبر السماح لهذه المكونات بالتشكل معًا مباشرة في الماء، خلقوا شبكة متشابكة حيث يوفّر الإطار البلوري البنية والمكان، بينما يزوّد الكيتوزان وحمض التانيك العديد من النقاط اللاصقة لالتقاط الرصاص.

كيف تُصنع المادة وكيف تبدو

لبناء هذا المركب، نمى الفريق أولًا بلورات MIL-101(Cr) المسامية في ماء ساخن، ثم حضّروا خليطًا أملسًا من الكيتوزان وحمض التانيك. جمعوا الاثنين ببطء بحيث يلتف خليط البوليمر الحيوي حول جزيئات البلورة ويرسِّخ عليها. كشفت المجاهر أن المادة النهائية تتألف من البلورات المكوَّنة جيدًا المطمورة في طبقة رقيقة وخشنة من البوليمرات الطبيعية، دون انهيار أو تكتل البلورات. أظهرت اختبارات أخرى أن المركب يحتفظ بمساحة سطحية كبيرة جدًا—تقريبًا ما يعادل تسع ملاعب كرة قدم لكل غرام—ويحتوي على مسام دقيقة وأخرى أكبر إلى حد ما. تساعد هذه البنية ذات المسام المزدوجة الماء وأيونات الرصاص المذابة على النفاذ عميقًا إلى المادة مع توفير الكثير من الزوايا الداخلية لالتقاطها.

مدى فاعليته في إزالة الرصاص من الماء

اختبر الفريق بعد ذلك مدى فعالية مركبهم في سحب الرصاص من الماء تحت ظروف مختلفة. وجدوا أنه يستطيع احتواء أكثر من 300 ملليغرام من الرصاص لكل غرام من المادة وإزالة نحو 99% من الرصاص من المحاليل الاختبارية عندما يكون الماء معتدل الحموضة إلى متعادل، مماثل للعديد من المياه الطبيعية. يُلتقط معظم الرصاص خلال الساعات القليلة الأولى. تناسبت النماذج الرياضية التي تصف كيفية التصاق المواد بالأسطح بشكل أفضل مع البيانات عندما تفترض أن الرصاص يُشكل طبقة واحدة مرتبة على المركب وأن الارتباط ينطوي على تفاعلات قوية نسبياً تشبه القفل والمفتاح بدلاً من مجرد جذب ضعيف. عملت العملية بشكل أفضل قليلًا عند درجات حرارة أعلى، ما يشير إلى أن رفع الحرارة قليلاً يساعد أيونات الرصاص على التحرك والالتصاق داخل المسام.

الأداء في مياه مختلطة واقعية

النفايات المائية الحقيقية نادرًا ما تكون نقية؛ فهي تحتوي على أملاح ومواد عضوية عديدة يمكن أن تتنافس على نفس مواقع الارتباط. لذا أضاف الباحثون أيونات وصبغات شائعة واحدة تلو الأخرى ليروا إن كانت تعيق التقاط الرصاص. خفضت بعض المعادن الموجبة الشحنة والأصباغ الأداء إلى حد ما عبر التنافس على نفس المواقع السالبة الشحنة على سطح المادة، لكن حتى في هذه الظروف المزدحمة استمر المركب في التقاط معظم الرصاص. والأهم أن المادة تحملت عمليات تنظيف متكررة: بعد امتصاص الرصاص، كان بالإمكان شطفها في حمام حمضي خفيف لإطلاق المعدن المأسور ثم إعادة استخدامها. بعد ست دورات من هذا النوع، بقيت المادة تزيل نحو 90% مما كانت تزيله في المرة الأولى، وتسربت كمية ضئيلة جدًا من الكروم فقط، مما يشير إلى أن الإطار يظل سليمًا إلى حد كبير.

ماذا يعني هذا لمياه أكثر أمانًا

ببساطة، يعمل هذا المركب الجديد مثل إسفنجة متينة وقابلة لإعادة الاستخدام تكون جيدة خصوصًا في التقاط الرصاص في الماء. تمنحه بنيته الداخلية المعقدة العديد من المواقع لاحتجاز الملوث، بينما تُساعد المكونات الطبيعية على جذب وربط الرصاص بقوة. وبما أنه يجمع بين سعة عالية، وسرعة عمل، واستقرار طويل المدى، وبالإضافة إلى أنه يُصنع في الماء من مكونات نسبياً حميدة، يبرز هذا المركب كمرشح واعد لتلميع المياه الملوثة في محطات المعالجة أو أنظمة هندسية أخرى. ومع أن هناك حاجة لمزيد من الاختبارات في مياه الصرف الحقيقية وفي إعدادات التدفق المستمر، فإن هذا العمل يشير إلى أدوات عملية وصديقة للبيئة قد تساعد المجتمعات على تقليل التعرض لواحد من أخطر المعادن الثقيلة.

الاستشهاد: Hemdan, M., Fayad, E., Binjawhar, D.N. et al. In situ assembled MIL-101(Cr) composite functionalized with chitosan and tannic acid as an efficient adsorbent for Pb²⁺ removal from aqueous solutions. Sci Rep 16, 9960 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45525-x

الكلمات المفتاحية: إزالة الرصاص, تنقية المياه, مواد ممتصة, الأُطر المعدنية العضوية, مركبات الكيتوزان