טיפול פוטו-פנטון בדור הבא באמצעות MIL-100(Fe) שסונתז בדרך ירוקה לשיקום בר-קיימא של שפכי תעשיות תרופות

מדוע ניקוי מים מזוהמים בתרופות חשוב

רבים מאיתנו נוטלים משככי כאבים כמו פרצטמול (הידוע גם כאצטמינופן) בלי מחשבה רבה. אחרי שהגוף משתמש בחלק הדרוש, השאר נשפך ונעשה דרכו אל נהרות, אגמים ואפילו מקורות מי שתייה. מולקולות אלו קשות להתפרק ולכן עלולות לפגוע בחיי המים ולהכיל סיכונים ארוכי טווח לבריאות האדם. מחקר זה בוחן דרך חדשה וירוקה יותר לסילוק פרצטמול משפכים בעזרת חומר נקבובי מתוכנן וכימיה מופעלת באור, במטרה לקבל מים נקיים ללא עלויות אנרגיה או כימיקלים גבוהות.

סופג חדש בדמוי ספוג למזהמים עקשנים

החוקרים התמקדו בקבוצת חומרים הנקראים מסגרות מתכת–אורגניות, שהן מעין ספוגים על-נוקביים המורכבים מאשכולות מתכת וקישורים אורגניים. הם השתמשו בגרסה מוכרת מבוססת ברזל, MIL-100(Fe), ויצרו צורה מושרתת בשם RTG-MIL-100(Fe). שלא כמו חומרים מתקדמים רבים הדורשים טמפרטורות גבוהות וממסים רעילים לייצור, חומר זה הופק בטמפרטורת החדר, ללא ממס, באמצעות שלב טחינה פשוט בעזרת יודיד האשלגן הרגיל (מלח נפוץ). התוצאה היא חומר שקל וירוק יותר לייצור ועדיין מציע פוריות זעירות רבות ואתרי ברזל תגובתיים המתאימים לניקוי מים מזוהמים.

איך אור וחמצן חמצני משתפים פעולה להריסת שאריות תרופות

להסרת הפרצטמול שילבו הצוות את החומר החדש עם תרכובת חמצן חמצני (מימן פרוקסיד) ואור על-סגול בתהליך הידוע כתגובה פוטו-פנטון. במערכת זו הברזל בחומר מתחלף שוב ושוב בין שני מצבי מטען, ועמם מסייע לפרוקסיד לייצר מינים תגובתיים קצרי־טווח מאוד שתוקפים מולקולות מזהמות ומפרקים אותן לפחמן דו־חמצני ומים. יודיד האשלגן ממלא תפקיד תומך חשוב: יודיד עוזר להמיר יותר מהברזל לצורתו הפעילה ביותר וליצור אינטרמדיאטים תגובתיים נוספים תחת אור, ולשמור על מחזוריות מהירה של המערכת. ניסויים הראו כי, בתנאים שנבחרו בקפידה, ניתן להסיר כמעט את כל הפרצטמול שבמים—כארבעים ותשע נקודה שש שָׂעָה באחוזים? למעשה כ-99.6%—בתוך כשעתיים בטמפרטורת החדר הרגילה.

מציאת הנקודה המתאימה לשימוש מעשי

מאחר שמתקני טיפול מעשיים חייבים לפעול באמינות, החוקרים כיוונו שיטתית את תנאי העבודה. הם מצאו שהתהליך עובד הכי טוב ב-pH חומצי מתון הטבעי של המים, כ-5.5, מה שמונע צורך בכוונון pH יקר. איזון אופטימלי של כמות הזרז ומינון המימן פרוקסיד היה חיוני: מעט מדי השאיר את המים מזוהמים, יותר מדי והפרוקסיד העודף למעשה כיבה את המינים התגובתיים השימושיים. המערכת התמודדה היטב עם ריכוזי פרצטמול מציאותיים, במיוחד ברמות נמוכות עד בינוניות, והציגה התנהגות של תגובה מדרגה ראשונה צפויה, כלומר קצב הניקוי עולה בצורה פשוטה עם ריכוז המזהם. חימום קל לא נתן יתרון משמעותי, מה שמדגיש שהתהליך כבר יעיל בטמפרטורת החדר.

שמירה על עמידות בשימוש חוזר

כדי שטכנולוגיית טיפול תהיה בת־קיימא, חומר הניקוי צריך להחזיק מעמד. הזרז RTG-MIL-100(Fe) שומש שוב ושוב בכמה מחזורים עם ירידה מתונה בלבד בביצועים, מה שמעיד שמבנהו נשאר ברובו שלם. מדידות של ברזל מומס במים המטופלים הראו שרק חלק קטן מהמתכת נשטף החוצה, הרבה מתחת לרבים מהמערכות הדומות ובתחום גבולות הפליטה התעשייתיים הטיפוסיים. בהשוואה לזרזים קודמים מבוססי מסגרות ברזל לטיפול בתרופות אחרות, חומר זה בולט בהשגת הסרה כמעט מלאה במינונים נמוכים יותר, בתנאים עדינים יותר ובלא צורך במקורות אור מורכבים, מה שעושה אותו יותר ריאלי להגדלה בקנה מידה.

מה המשמעות לכך למים בטוחים יותר

במילים פשוטות, עבודה זו מראה דרך מבטיחה להפוך אבקה מהונדסת בקפידה, חומר חיטוי נפוץ (מימן פרוקסיד) ואור UV לכלי ניקוי מים חזק אך יחסית עדין. בעזרת השימוש החכם ביודיד להגברת פעילות מסגרת נקבובית מבוססת ברזל, החוקרים יצרו זרז שיכול להשמיד כמעט לחלוטין פרצטמול בשפכים בתנאים כמעט טבעיים. עם הסינתזה הירוקה שלו, ביצועים חזקים ויציבות טובה, החומר RTG-MIL-100(Fe) עשוי לסייע למתקני טיפול עתידיים להסיר תרופות עמידות מהפליטות של בתי חולים ומפעלים, ולהוות צעד מעשי לעבר אספקת מים בטוחה ובר-קיימא יותר.

ציטוט: Abou-Elyazed, A.S., Genena, E.E., El-Sayed, I.E.T. et al. Next-generation photo-Fenton treatment using MIL-100(Fe) synthesized through a green route for sustainable remediation of pharmaceutical wastewater. Sci Rep 16, 7837 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38975-w

מילות מפתח: שפכי תעשיות תרופות, הסרת פרצטמול, זרז פוטו-פנטון, מסגרות מתכת-אורגניות, חמצון מתקדם