راتنج فائق التشابك مزوَّد بمجموعة أمينية ومغناطيسي كممتص قابل لإعادة الاستخدام لصبغة الميثيلين بلو

لماذا تنظيف المياه الملونة مهم

يمكن للأصباغ الزرقاء الزاهية التي تلوّن ملابسنا ومنتجاتنا أن تلوث الأنهار والبحيرات بصمت عندما لا تُعالَج مياه المصانع بشكل كامل. إحدى الصبغات الشائعة، الميثيلين بلو، صعبة التحلل ويمكن أن تضر بالكائنات الحية حتى عند تركيزات منخفضة. تستعرض هذه الدراسة مادة جديدة قادرة على التقاط هذه الصبغة من الماء، تُستخرج بمغناطيس، ثم تُعاد استخدامها، مما يوفر طريقة بسيطة وقابلة لإعادة الاستخدام للمساعدة في الحفاظ على مياه أنظف.

إسفنجة مبنية من أقفاص صلبة دقيقة

بدأ الباحثون من بوليمر خاص يُعرف بالراتنج فائق التشابك. بخلاف البلاستيكات العادية، هذه المادة مليئة بمسام دائمة صغيرة، تشبه إسفنجة صلبة مكوّنة من عدد لا يحصى من الأقفاص والأنفاق. تخلق هذه الفراغات المجهرية سطحًا داخليًا هائلًا حيث يمكن لجزيئات الصبغة أن تلتصق. أضاف الفريق كيميائيًا مجموعات أمينية إلى الراتنج لجعل سطحه أكثر محبة للماء وأكثر جذبًا لجزيئات الصبغة المشحونة. حولت هذه الخطوة البلاستيك الذي كان يكره الماء إلى مادة تتفاعل بقوة مع الميثيلين بلو.

إضافة المغناطيسية لسهولة الجمع

لجعل المادة سهلة الجمع بعد أداء وظيفتها، نمى العلماء جسيمات نانوية من أكاسيد الحديد، المعروفة بالمغنيتيت، داخل الراتنج المسامي مباشرة. الناتج المركب، المسمى Fe3O4@XDV NH2، يتصرف كمسحوق مكوّن من خرزات مسامية صغيرة ذات نوى مغناطيسية. أظهرت الصور التفصيلية والاختبارات الهيكلية أن جسيمات أكسيد الحديد صغيرة وموزعة جيدًا ولا تُدمّر معظم نظام المسامات. أكدت القياسات المغناطيسية أن الخرزات تستجيب بقوة للمجال المغناطيسي، لذا يمكن جمعها بسرعة من الماء بمغناطيس بسيط بدلًا من الترشيح البطيء أو الطرد المركزي.

مدى فعالية الإسفنجة المغناطيسية في التقاط الصبغة

اختبر الفريق بعد ذلك مدى فعالية الراتنج المغناطيسي في إزالة الميثيلين بلو من الماء تحت ظروف مختلفة. وجدوا أن العملية تعمل بأفضل شكل في ماء قلوي طفيف، حول درجة الحموضة 9، حيث يصبح سطح المادة سالب الشحنة ويجذب بقوة الصبغة الموجبة الشحنة. في هذه الظروف وعند درجة حرارة الغرفة، أظهرت المادة امتلاكها لقدرة عالية على امتصاص الصبغة، سواء في القياسات المباشرة أو في النماذج التي تصف كيفية تشكل طبقة رقيقة من الصبغة على السطح. تتوافق البيانات مع نموذج تُغطّي فيه طبقة واحدة من الصبغة مواقع متشابهة على المادة، مما يشير إلى عملية امتزاز منظمة بطبقة واحدة.

عمل سريع وأداء قابل لإعادة الاستخدام

أظهرت اختبارات الوقت أن معظم إزالة الصبغة تحدث خلال الساعة الأولى، مع كون المعدل محكومًا بسرعة وصول جزيئات الصبغة واحتلالها للمواقع النشطة في المسامات. أشارت تحليلات إضافية إلى أن العملية تلقائية وتطلق حرارة، لذا تؤدي درجات الحرارة الأعلى فعليًا إلى تقليل الأداء. والأهم أن المادة استمرت في إزالة أجزاء كبيرة من الصبغة في مياه أكثر واقعية، بما في ذلك ماء الصنبور ومياه صرف اصطناعية تحتوي على أملاح ومركبات عضوية أخرى. حتى في هذه الخلطات الأصعب، بقيت الإزالة عالية، على الرغم من أن المواد المتنافسة قللت الكفاءة قليلًا مقارنة بالماء النقي.

استخدام وإعادة استخدام الخرزات المغناطيسية

لكل تطبيق عملي لمعالجة المياه، يجب أن تُستخدم المادة المنظفة مرارًا وتكرارًا. اختبر الباحثون سوائل مختلفة لإزالة الصبغة من الخرزات المشبعة ووجدوا أن محلولًا حمضيًا يعمل بأفضل شكل. يغير الحمض شحنة السطح، دافعًا جزيئات الصبغة بعيدًا عن الراتنج بحيث يمكن إعادة استخدام الخرزات. بعد ست دورات من الالتقاط والغسيل الحمضي، احتفظت المادة بنحو 89 بالمئة من سعتها الأصلية، مما يدل على متانة جيدة. بالمقارنة مع ممتصات مغناطيسية أخرى مذكورة في الأدبيات، يقدم هذا الراتنج المغناطيسي توازنًا قويًا بين السعة وسهولة الفصل وقابلية إعادة الاستخدام.

ماذا يعني هذا لمياه أنظف

بعبارة مبسطة، تعرض الدراسة إسفنجة مغناطيسية صغيرة يمكنها امتصاص صبغة زرقاء شائعة من الماء، تُسحب بسرعة بمغناطيس، تُنظف، وتُعاد إلى العمل عدة مرات. وبينما صُممت واختُبرت في المختبر، تجمع المادة بين قدرات قوية على التقاط الصبغات، والثبات، وسهولة التعامل بطريقة قد تساعد معالجات مياه الصرف المستقبلية على التعامل بكفاءة أكبر مع الملوثات الملونة الصناعية.

الاستشهاد: Cirillo, C., Iuliano, M., Modestino, M. et al. Magnetic amino-functionalized hyper-crosslinked resin as a reusable adsorbent for methylene blue. Sci Rep 16, 14933 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45545-7

الكلمات المفتاحية: الميثيلين بلو, معالجة مياه الصرف, ممتص مغناطيسي, بوليمر فائق التشابك, إزالة الصبغة