إزالة الميثيلين الأزرق بكفاءة وبشكل مستدام من مياه الصرف باستخدام كعكة نواة النخيل

تحويل بقايا المزارع إلى مساعدات لتنقية المياه

الملابس والأقمشة الملونة تأتي مع تكلفة خفية: أصباغ زاهية وطويلة الأمد يمكن أن تبقى في الأنهار والبحيرات لسنوات. إحدى هذه الصبغات، الميثيلين الأزرق، مستخدمة على نطاق واسع ويمكن أن تضر بالأسماك والأنظمة البيئية وحتى بصحة الإنسان إذا تراكمت في الماء. تستكشف هذه الدراسة حليفًا غير متوقع لمواجهة هذا التلوث: كعكة نواة النخيل، منتج ثانوي منخفض القيمة من معامل زيت النخيل، وتبحث فيما إذا كان هذا البقايا النباتية يمكنه أن يزيل الميثيلين الأزرق من مياه الصرف بتكلفة منخفضة وأمان.

لماذا المياه المصبوغة مشكلة متزايدة

تستخدم مصانع النسيج كميات كبيرة من الأصباغ الصناعية لصبغ الأقمشة، ثم غالبًا ما تصرف مياه صرف حارة وذات لون قوي إلى المسطحات المائية القريبة. حتى كميات صغيرة من هذه الأصباغ يمكن رؤيتها بالعين، وكثير منها سام أو مشتبه في أنه مسبب للسرطان. الميثيلين الأزرق على وجه الخصوص يمكن أن يؤثر على التنفس وكيمياء الدم وصحة الجلد والأنسجة إذا تعرض له البشر أو الحيوانات. يمكن لطرق التنظيف التقليدية مثل الأكسدة المتقدمة أو الفحم النشط التجاري أن تعمل جيدًا، لكنها غالبًا ما تكون مكلفة وتستهلك طاقة كبيرة وصعبة التجديد، مما يحد من استخدامها في المناطق التي تحتاج أكثر إلى تحسين معالجة المياه.

استخدام بسيط لمادة نفاية مهملة

تُنتَج كعكة نواة النخيل بكميات كبيرة عند استخراج زيت النخيل من البذور، خاصة في جنوب شرق آسيا. يُستخدم جزء كبير منها كعلف منخفض الجودة للحيوانات أو يُهمل. في هذا العمل اختبر الباحثون الكعكة النيئة غير المعدلة كعامل امتزاز، أي مادة صلبة يمكنها التقاط وجذب الجزيئات من الماء. قاموا بطحن المادة وغسلها وتجفيفها، ثم مزجوا كميات مقاسة منها مع محاليل الميثيلين الأزرق ذات تراكيز مختلفة من الصبغة ومستويات حموضة ودرجات حرارة مختلفة. دون أي تفعيل كيميائي، أزالت المادة ما يصل إلى 81 بالمئة من الصبغة عند قيمة حموضة قلوية خفيفة تبلغ 8 خلال حوالي 90 إلى 120 دقيقة، مما يبيّن أن مخلفات زراعية رخيصة يمكنها تفتيح المياه الملوثة بشكل ملحوظ.

كيف تلتصق الصبغة بجزيئات النبات

لفهم ما يحدث على أسطح الجزيئات، جمع الفريق عدة أنواع من التحليل. أظهرت صور المجهر أن كعكة نواة النخيل لها بنية خشنة ومسامية توفر العديد من الشقوق الداخلية التي يمكن لجزيئات الصبغة أن تشغلها، وأن هذه النسيج يصبح مغطى بالصبغة بعد المعالجة. كشفت مطيافية الأشعة تحت الحمراء عن مجموعات كيميائية نباتية مثل وحدات الكربوكسيل والهيدروكسيل التي يمكن أن تحمل شحنات سالبة في الماء. وبما أن الميثيلين الأزرق يحمل شحنة موجبة دائمة، فإنه ينجذب بشدة إلى هذه المواقع السالبة، مما يسمح للقوى الكهروستاتيكية بجذب جزيئات الصبغة إلى السطح. تساهم تفاعلات إضافية، بما في ذلك الروابط الهيدروجينية والتكديس بين الحلقات العطرية المسطحة في الصبغة والمادة النباتية، في تثبيت الصبغة أثناء انتشارها داخل المسام.

قياس السعة والسرعة والطاقة

استخدم الباحثون نماذج رياضية مقبولة على نطاق واسع لتفسير مقدار الصبغة التي يمكن للمادة حملها ومدى سرعتها. طابقت معادلة تعرف بمنحنى لانجموير البيانات بشكل أفضل وتوقعت حدًا نظريًا أعلى يبلغ حوالي 151.5 مليغرامًا من الميثيلين الأزرق لكل غرام واحد من كعكة نواة النخيل تحت ظروف مثالية، على الرغم من أن السعة المقاسة في المحاليل المختبرة كانت أقل، عند 4.8 مليغرامًا لكل غرام. اتبعت القياسات الزمنية نمطًا يُسمى مرتبة شبه ثانية، مما يشير في هذه الحالة إلى أن جزيئات الصبغة تنتشر تدريجيًا إلى داخل الجزء الداخلي من الجزيئات بدلاً من أن تتفاعل كيميائيًا. أظهرت حسابات طاقة التنشيط وكميات ترموديناميكية أخرى أن العملية عفوية لكنها طفيفة وتهيمن عليها قوى فيزيائية بدلًا من روابط كيميائية قوية، وهذا مفيد عند الحاجة إلى تنظيف المادة وإعادة استخدامها.

قابلية إعادة الاستخدام المدمجة للاستخدام العملي

لكي تكون أي مادة فلترة مفيدة حقًا في محطة معالجة، يجب أن تتحمل دورات استخدام متعددة. لذلك أعاد الفريق تحميل كعكة نواة النخيل بالصبغة ثم غَسلها بحلول حمضية وقاعدية لنزع الصبغة. بعد أربع دورات كاملة من الامتزاز والنزع، احتفظت المادة بحوالي 96.5 بالمئة من قدرتها الأصلية على إزالة الصبغة، مما يدل على أن بنيتها وكيمياء السطح تبقى سليمة إلى حد كبير. هذه المتانة، إلى جانب انخفاض التكلفة وتوافر كعكة نواة النخيل وعدم الحاجة إلى معالجة كيميائية مسبقة، تشير إلى طريق عملي لتحويل تيار نفايات زراعية قائم إلى أداة محلية لتنقية مياه صرف النسيج.

ما يعنيه هذا لأنهار أنظف

بعبارات بسيطة، تُظهر الدراسة أن منتجًا ثانويًا رخيصًا من إنتاج زيت النخيل يمكن أن يعمل كإسفنجة قابلة لإعادة الاستخدام لبعض جزيئات الصبغة الزرقاء في الماء. تلتصق الصبغة بجزيئات النبات من خلال تجاذبات كهربائية وجزيئية لطيفة بينما تتسرب إلى مسامها، وهذه العلاقة قوية بما يكفي لإزالة جزء كبير من اللون لكنها ضعيفة بما يكفي ليُغسل المادة وتُستخدم مجددًا. في حين أن هناك حاجة لمزيد من العمل لاختبار مستويات صبغة أعلى وأنظمة تدفق ومخلفات مصانع حقيقية، تشير النتائج إلى أن مواد كانت تُعامل كنفايات قد تساعد في معالجة تلوث الأصباغ المرئي والضار بطريقة أكثر استدامة وبأسعار معقولة.

الاستشهاد: D.M., R.P., Haizul Akma, W.S., Krishnaiah, D. et al. Effective and sustainable methylene blue removal from wastewater using palm kernel cake. Sci Rep 16, 15264 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45652-5

الكلمات المفتاحية: الميثيلين الأزرق, كعكة نواة النخيل, مياه صرف منسوجات, امتزاز, نفايات زراعية