חקירה של מסנן סיב קומפוזיטי הנמשך באמצעות אלקטרו-ספינינג מתבן/פוליאקרילוניטריל ויכולתיו לספיחת צבע

הפיכת מי צבע מלוכלכים למשאב נקי יותר

הלבוש מוסיף צבע לחיינו, אך הצבעים המשמשים לייצור בדים בהירים משאירים לעתים מים מזוהמים מאוד ואבק במפעלים. מחקר זה בוחן סוג חדש של מסנן דק בדומה לבד, העשוי מחבטה ופלסטיק תעשייתי נפוץ, שיכול גם לנקות מי שפכים מלאי צבע וגם ללכוד חלקיקים זעירים באוויר. מאחר שהוא משתמש בחומר צמחי מתחדש ובשיטת ייצור יחסית פשוטה, הוא מצביע על דרכים ברות-קיימא יותר להתמודדות עם הזיהום מתעשיית הטקסטיל.

מדוע צבעי בד קשים לניקוי

מי שפכים ממפעלי טקסטיל הם תערובת מאתגרת: הם עלולים להיות חמים, בעלי צבע חזק ועשירים בחומרים שפירוקם איטי. אחד הצבעים השכיחים, מתילן כחול, עקשן במיוחד ועלול להזיק לבריאות אם יגיע לנהרות או למי שתייה. שיטות טיפול מסורתיות עלולות להיות מורכבות או יקרות. מסננים פשוטים המבוססים על ספיחה — חומרים שתופסים ומחזיקים מזהמים על פני שטחם — אטרקטיביים כי הם קלים לתפעול וניתנים לשילוב במפעלים קיימים. הכותבים שאפו לתכנן מסנן שלא רק ייעל בספיחת צבע, אלא גם ייוצר מרכיבים ירוקים ויהיה שימושי למגוון סוגי זיהום.

בניית מסנן היי-טק מבוסס צמח

החוקרים שילבו חבטה, גידול חקלאי מהיר ועשיר בתאית, עם פוליאקרילוניטריל, פולימר חזק ועמיד שכבר נפוץ בטקסטיל. תחילה טיפלו והמיסו את סיבי החבטה בממס מבוסס מלח כך שהתאית הפכה לתמיסה חלקה. את תמיסת החבטה זו ערבבו עם תמיסת פוליאקרילוניטריל והפכו למחצלת של סיבים זעירים באמצעות אלקטרו-ספינינג — תהליך שבו שדה חשמלי מתח גבוה מושך סיבים בקנה מידה ננומטרי. על-ידי כוונון גורמים כמו תכולת החבטה, מתח הספינינג, המרחק לאוסף וקצב הזנת הנוזל, ייצרו ממברנות עם סיבים חלקים ואחידים ומעט פגמים. מיקרוסקופיה ובדיקות מכניות הראו שההגדרות האופטימליות יצרו גיליון דק וגמיש עם סיבים מסודרים היטב ועמידות טובה.

כיצד הממברנה החדשה קולטת צבע ואבק

לאחר יצירת המסנן בחנו הצוות כיצד המבנה והכימיה שלו תומכים בניקוי. בדיקות פיזור טיפות מים על פני השטח הראו שהממברנה המכילה חבטה היא הידרופילית מאוד: טיפות ספגו בתוך שתי שניות, אינדיקציה לכך שתמיסות צבע יכולות להיספג במהירות. מדידות מבנה הנקבוביות חשפו שהוספת חבטה הגדילה את הק_porosity יחסית לממברנות מפלסטיק טהור, ויצרה רשת של ערוצים שמאפשרת למים ולצבע המסולק להגיע לאתרים פנימיים רבים. ניתוחים כימיים אישרו שקבוצות הטבעיות של החבטה וקבוצות החנקן בפלסטיק מעורבבות היטב ומשתפות פעולה באופן חזק, ולא פשוט יושבות זו לצד זו. מיזוג צמוד זה משפר את היציבות ויוצר יותר אתרי פעילות שבהם מולקולות הצבע יכולות להידבק. בניסויי סינון אוויר, אותה ממברנה הסירה 99.97% מהחלקיקים הזעירים, מה שמקשר בין הנקבוביות הגבוהה והסיבים האחידים לבין ביצועי לכידת האבק המצוינים.

בדיקה מפורטת של כוח הניקוי

המחברים בדקו לאחר מכן עד כמה הממברנה מנקה מי שפכים מדומים של צבע ובאילו תנאים היא מתפקדת היטב. הם שינוי ריכוז הצבע, טמפרטורה, זמן מגע, pH (חומציות) ותכולת חבטה, והשתמשו בכלים סטטיסטיים כדי לזהות את השילוב היעיל ביותר. סביב 10% חבטה, טמפרטורה מתונה בסביבות 40–45 °C, מים קלים בסיסיים וזמן מגע מספק הניבו שיעור הסרת צבע של כ-95%. בהתאמת הנתונים למודלים סטנדרטיים הם הסיקו שמולקולות הצבע זזות תחילה במהירות לתוך הנקבוביות, ואז נקשרות באיטיות ובחוזקה לפני שטח הסיבים. ההתנהגות התאימה לתבנית אופיינית של «ספיחה כימית», שבה הצבע יוצר אינטראקציות ספציפיות — כמו קשרי מימן ומשיכות בין מטענים חיוביים ושליליים — עם קבוצות על החבטה והפלסטיק. התהליך התגלה כספונטני וקצת מועדף בטמפרטורות גבוהות יותר, וקיבולת הממברנה המקסימלית להחזקת צבע הגיעה לכ-76 מיליגרם צבע לגרם חומר, תחרותית או טובה יותר לעומת כמה מסננים דומים שדווחו בעבודות קודמות.

מה המשמעות עבור ייצור טקסטיל נקי יותר

בסיכום, המחקר מראה שגיליון דק העשוי מחבטה ופולימר תעשייתי יכול לשמש כמסנן בעל תכלית כפולה, שמסיר ביעילות גם צבע עקשן מהמים וגם חלקיקים עדינים מהאוויר. לקורא שאינו מומחה, המסר המרכזי הוא ששילוב משאב צמחי מתחדש עם חומר סינתטי חסון, ועיצובם למחצלת סיבי-ננו נקבובית, יוצר כלי יעיל אך פשוט לבקרת זיהום. בעוד שהניסויים הנוכחיים השתמשו בצבע יחיד בתנאים מבוקרים, הגישה מציעה מסלול מבטיח למערכות טיפול בנות-קיימא יותר במפעלי טקסטיל אמיתיים, שבהם חומר מסנן אחד יכול לסייע בטיפול בכמה סוגי פסולת בו־זמנית.

ציטוט: Sun, Y., Wang, J., Kong, W. et al. Exploration of electrospinning hemp/polyacrylonitrile composite fiber membrane and dye adsorption capabilities. Sci Rep 16, 7960 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-33369-w

מילות מפתח: מי שפכים טקסטיליים, הסרת צבעים, ננו-סיבי חבטה, סינון אוויר ומים, חומרים בני-קיימא