פחם מופעל בר־קיימא מפסולת דקל לספיחת ניקל דו‑ערכי במים

הפיכת פסולת חקלאית למסנן מים עוצמתי

בכל רחבי העולם קהילות נאבקות בנהרות ובמעיינות שנשפכו בהם פסולת תעשייתית. זיהום במיוחד מדאיג הוא ניקל, מתכת שיכולה לפגוע בריאות הריאות והכליות ואף להגביר סיכון לסרטן כאשר היא מצטברת בגוף. המחקר הזה בוחן רעיון מפתיע בפשטותו: להשתמש בשרשים ועלים של דקל — פסולת חקלאית שמושחתת לעתים בשריפה — לייצור חומר סינון זול שיכול להוציא ניקל מהמים ביעילות כמעט מלאה.

מדוע ניקל במים הוא איום סמוי

ניקל מופיע במי שפכים מתהליכי אלקטרו‑ציפוי, מפעלים לייצור סוללות, גימור מתכות ותעשיות רבות נוספות. מאחר שהוא מתמוסס בקלות ונודד בקרקע וב מי תהום, הוא יכול להתרחק ממקור הזיהום המקורי. מינונים נמוכים הם חלק מהביולוגיה התקינה, אך רמות גבוהות מקושרות לבעיות נשימה, חולשת מערכת החיסון, נזק לכליות, תגובות אלרגיות והגברה בסיכון לסרטן ריאות. טכנולוגיות קיימות — כגון שקיעת חומרים כימית, סינון ממברנלי והחלפה יונית — יכולות לעבוד היטב, אך הן יקרות, צורכות אנרגיה ומייצרות פסולת רטובה בכמויות גדולות, מה שמעיק על קהילות קטנות ועניות יותר.

מעלים דקל לפחם בעלי ביצועים גבוהים

מצרים מגדלת יותר עצי תמר מכל מדינה אחרת, וכל עץ מייצר מעל 25 קילוגרם עלים וענפים יבשים מדי שנה. שאריות אלה מטופלות בדרך כלל כזבל. בעבודה זו החוקרם חיתכו את העלים לחתיכות קטנות, שטפו וייבשו אותם, ואז השרו את החומר בחומצה זרחנית וחיממו בתנור. התהליך הזה הופך את חומר הצמח לפחם מופעל — צורת פחמן נקבובית מאוד עם שטח פנים פנימי עצום. מדידות קפדניות הראו שהחומר המתקבל, הקרוי PFTAC, בעל מבנה מזופורי עם נקבים דמויי חריץ, שטח פנים פנימי גדול (מעל 350 מטרים רבועים לגרם) ורב‑קבוצות כימיות על פני השטח שיכולות לקשור יוני מתכת מהמים.

איך המסנן החדש מנקה ניקל מהמים

כדי לבחון את PFTAC, הצוות הוסיף אותו למים המכילים ניקל וערבב את התערובת בתנאים שונים, כששינה את זמן המגע, הטמפרטורה, החומציות (pH) וריכוז הניקל ההתחלתי. בתנאים מותאמים — טמפרטורה מתונה, pH חומצי‑קצת עד ניטרלי ורמות ניקל מציאותיות — החומר הסיר עד 99.65 אחוזים מהניקל המומס בתוך 90 דקות. הנתונים הראו שניקל מצטבר בעיקר כשכבה אחת אחידה על פני שטח הפחם, בהתאם לדגם האיזותרמי של לנגמuir. ניתוח הקינטיקה הצביע שהמנגנון נשלט על ידי אינטראקציות בסגנון כימי, ולא רק לכידה פיזיקלית פשוטה. יוני הניקל חודרים לנקבים וקושרים אתרי חמצן‑עשירים כמו קבוצות הידרוקסיל, קרבוקסיל ופוספט שנוצרו במהלך הטיפול בחומצה זרחנית.

כוונון תנאים לניקוי מקסימלי

החוקרים גם בדקו כיצד תנאי הפעלה מעשיים משפיעים על הביצועים. הם מצאו ש‑pH נמוך מאוד (מים חומציים חזקים) גורם לתחרות בין יוני ניקל ליוני מימן על אותן נקודות קשירה, מה שמפחית את ההסרה. עם עליית ה‑pH לכיוון ~3, ספיחת הניקל משתפרת, אך ב‑pH גבוה יותר הניקל מתחיל להוות נוזלי הידרוקסיד מוצקים, מה שמשנה את התנהגותו. הגדלת כמות הפחם מבוסס הדקל מספקת יותר אתרים פעילים ומגבירה את היעילות, בעוד שטמפרטורות גבוהות מקלות על נדידת יוני הניקל לתוך הנקבים, מה שמאשר שהתהליך סופג חום ומתבצע בקלות רבה יותר בחום. באמצעות שיטה סטטיסטית הנקראת ניתוח משטח תגובה, הצוות מיפוי כיצד הזמן, הטמפרטורה ורמת הניקל ההתחלתית מתקיימים במקביל, והראה שמודל המתמטי שלהם יכול לחזות באופן אמין את יעילות ההסרה במגוון רחב של תנאים.

מה משמעות הדבר למים נקיים וזולים יותר

ללא מומחים, המסקנה העיקרית פשוטה: פסולת חקלאית נפוצה — עלי דקל — יכולה להפוך למסנן בעלות נמוכה, ניתן לשימוש חוזר, שמסיר ניקל מהמים כמעט לחלוטין. מאחר שהוא מיוצר מביומסה מקומית זמינה, דורש ציוד צנוע וניתן לחדש אותו לשימוש חוזר, חומר זה עשוי לעזור למפעלים ולעיריות להפחית זיהום מבלי להיעזר בטכנולוגיות מסובכות ויקרות. עם בדיקות נוספות במערכות זרימה רציפה ובמייצגים תעשייתיים אמיתיים, פחם מופעל מפסולת דקל יכול להציע דרך מעשית למי שתייה בטוחים ונהרות נקיים יותר, במיוחד באזורים שבהם המים והתקציב מוגבלים.

ציטוט: Hammad, W.A., Abdel-latif, M.S., Hawash, S.A. et al. Sustainable activated carbon from palm waste for aqueous nickel II adsorption. Sci Rep 16, 6523 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37088-8

מילות מפתח: הסרת ניקל, פחם מופעל, פסולת דקל, מתכות כבדות, טיפול במי שפכים