الفحم الحيوي المعدّل بالحديد يعزز تنشيط حمض البيريأسيتك لإزالة الإيميداكلوبريد: الكفاءة، الأنواع الفعّالة والآلية التحفيزية

لماذا تهم إزالة مبيدات المزارع من المياه

تعتمد الزراعة الحديثة على مبيدات حشرية قوية لحماية المحاصيل، لكن آثار هذه المواد قد تُجرف إلى الأنهار والبحيرات حيث يمكن أن تضر الحشرات والأسماك وحتى الثدييات. تبحث هذه الدراسة في طريقة أكثر ذكاءً لإزالة أحد هذه المبيدات، وهو الإيميداكلوبريد، من المياه باستخدام مادة منخفضة التكلفة مصنوعة من نفايات المحاصيل ومطهر شائع، بهدف جعل المياه أكثر أمانًا دون إضافة مشكلات تلوث جديدة.

تحويل بقايا المحاصيل إلى مرشح مفيد

بدأ الباحثون بقش الشوندر (قش اللفت)، وهو بقايا زراعية غالبًا ما تُحرق أو تُهمل. عن طريق تسخين هذا القش في غياب الأوكسجين، أنتجوا مادة شبيهة بالفحم تُسمى الفحم الحيوي، والتي تتميز طبيعيًا بالعديد من المسام الدقيقة. ثم أضافوا الحديد إلى القش قبل التسخين، فأنشأوا نسخة غنية بالحديد من الفحم الحيوي مع بنية مسامية أكثر تطورًا وجسيمات لامعة تحتوي على الحديد على سطحها. زادت هذه التعديلات المساحة السطحية وخلقت العديد من المواقع النشطة التي يمكن أن تحدث عندها تفاعلات كيميائية، محولةً نفايات النباتات إلى أداة مفيدة لتنقية المياه.

استخدام مؤكسد لطيف لمهاجمة مبيد عنيد

صُمم الإيميداكلوبريد ليكون مستقرًا في الماء حتى يحمي المحاصيل لفترات طويلة، لكن هذه الثباتية نفسها تجعل من الصعب إزالته بمجرد وصوله إلى الجداول والمياه الجوفية. جمع الفريق الفحم الحيوي المعدّل بالحديد مع حمض البيريأسيتك، وهو مطهر يُستخدم بالفعل في الأغذية والبيئات الطبية. في الماء الذي يحتوي على الإيميداكلوبريد، تعاون الفحم الحيوي المحتوي على الحديد مع حمض البيريأسيتك لتوليد جزيئات شديدة التفاعل وقصيرة العمر قادرة على تمزيق الجزيئات المعقدة. تحت أفضل الشروط المختبرة، أزالت هذه المجموعة أكثر من أربعة أخماس المبيد خلال ساعة، متفوقة بكثير على أداء الفحم الحيوي أو المؤكسد عند استخدام كل منهما بمفرده.

كيف تقوم الكيمياء الخفية بالتنظيف

لفهم ما يحدث على المستوى المجهري، استخدم العلماء عدة أدوات متقدمة. أظهروا أن الحديد على سطح الفحم الحيوي يتأرجح باستمرار بين حالتي شحنة أثناء التماس مع حمض البيريأسيتك، وهو تبدّل ذهابا وإيابا ساعد على إنتاج شظايا تفاعلية مثل جذور الهيدروكسيل والجذور القائمة على الأكسجين. هاجمت هذه الشظايا النشطة المبيد عند عدة نقاط ضعيفة، مفكّكةً حلقاته ومجموعاته الجانبية ومقسّمة إياه تدريجيًا إلى أجزاء أصغر. عملت العملية جيدًا عبر نطاق واسع من حموضة الماء، مما يعني أنها يمكن أن تتعامل مع العديد من مياه الصرف الحقيقية دون حاجة لضبط دقيق.

التحقق من سلامة البقايا

لا يفيد تدمير ملوّث إلا إذا كانت الأجزاء المتبقية أقل خطورة بحد ذاتها. باستخدام نماذج حاسوبية تقدر كيف تؤثر المواد الكيميائية على الأسماك والقشريات الدقيقة والطحالب، قيّم الفريق سمية المنتجات الرئيسية الناتجة أثناء المعالجة. توقعت النماذج أن معظم هذه المركبات الثانوية أقل ضررًا من المبيد الأصلي، رغم أن بعضها أظهر آثارًا ملحوظة على بعض الكائنات. تم أيضًا اختبار مكونات المياه الطبيعية مثل الكلوريد والبيكربونات والمواد الهلالية (المواد العضوية الفعالة)، فبعضها أبطأ من عملية التنظيف عن طريق ربط الشظايا التفاعلية، لكن نظام الفحم الحيوي المعدّل بالحديد استمر في الأداء جيدًا عمومًا وكان قابلاً لإعادة الاستخدام عدة مرات مع فقدان معتدل في الفعالية.

ماذا يعني هذا لمياه أكثر أمانًا

بعبارات بسيطة، تظهر الدراسة أن مادة مصنوعة من نفايات المزارع والحديد، مقرونة بمطهر موجود، يمكنها أن تقوّض بسرعة مادة كيميائية زراعية مقاومة في الماء وتحولها في الغالب إلى أجزاء أقل خطورة. تتجنب المقاربة معدات معقدة، وتعمل في ظروف معتدلة وتعيد استخدام بقايا زراعية متوفرة. بينما هناك حاجة لمزيد من العمل للتأكد تمامًا من سلامة كل ناتج ولتجربة الطريقة في مياه صرف حقيقية، تشير النتائج إلى نهج عملي وملطف نسبيًا للمساعدة في منع بقايا المبيدات من الوصول إلى الأنهار ومصادر مياه الشرب.

الاستشهاد: He, J., Wang, B., Sun, H. et al. Iron-modified biochar enhanced the activation of peracetic acid for removal of imidacloprid: efficiency, active species and catalytic mechanism. Sci Rep 16, 15947 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46438-5

الكلمات المفتاحية: الإيميداكلوبريد, الفحم الحيوي, حمض البيريأسيتك, إزالة المبيدات, معالجة مياه الصرف