في الوقت الحاضر أصبحت موارد المياه العذبة في حالة نقص شديد، ووفقًا للأمم المتحدة فإن ندرة المياه تؤثر على ما يُقدَّر بنحو 1.9 مليار شخص وهناك 2.1 مليار شخص يستخدمون مياهًا غير صالحة للشرب. وانطلاقًا من هذه النقطة الحرجة لندرة المياه، اندفع العلماء للبحث عن طرق جديدة وفعالة لتحقيق أقصى استفادة من مصادر غير تقليدية مثل: مياه البحر والمياه المالحة ومياه الصرف.
أغشية البوليمرات التي تعمل كمرشح لتحلية المياه وإزالة الملوثات من مصادر المياه المختلفة بشكل انتقائي مما يعمل على معالجة المياه، لكن انتقاءها لا يزال يشكل تحديًا كبيرًا؛ إذ أن الأمر يتعلق بترشيح الخواص الكيميائية وهو خطر مُحتمَل على البيئة وصحة الإنسان.
قام المهندسون الكيميائيون والبيولوجيون في جامعة “Purdue” وجامعة “Notre Dame” بدراسة أغشية البوليمرات المُجمَّعة ذاتيًا والتي لها ثقوب بأحجام محددة كمنصة لأنظمة معالجة المياه. وقد حددت الدراسة التي نشرت في مجلة Nature Parkner – Clean Water، أن المنصة لديها القدرة على تطوير تقنيات معالجة المياه.
وقال “William Phillip” الأستاذ المساعد في قسم الهندسة الكيميائية والجزيئية في جامعة “نوتر دام”: «معظم الأغشية الحديثة لمعالجة المياه مُصمَّمة للسماح بمرور المياه أثناء ترشيح الملوثات».
«هذا النهج يحد من القدرة على إزالة أو استرجاع الأنواع المُذابة استنادًا إلى هويتها الكيميائية. والشيء المثير حول أغشية البوليمرات ذاتية التجمع هو أنه يمكنك هندسة البنية النانوية ومسام الجدار في الغشاء من خلال تصميم جزيئات البوليمر وهذا له القدرة على فتح مجموعة متنوعة من آليات الفصل الجديدة التي يمكن أن تعزل الأنواع على أساس الهوية الكيميائية، والتي يمكن أن تساعد بدورها في تمكين إعادة الاستخدام اللامركزي لمياه الصرف الصحي».
ركز “فيليب” وفريق البحث على أغشية البوليمرات بسبب هياكلها النانوية ووظيفتها المحددة بشكل جيد. وقد تمكنوا من هندسة الخصائص الكيميائية للبوليمر جزيئيًا لإنشاء مناطق كبيرة من الغشاء عالية الأداء، وتقليل حجم المسام وتصميم جدران مسامية متعددة الوظائف لفصل المواد المذابة ويمكن بشكل أساسي تخصيص الأغشية اعتمادًا على مصدر المياه والعلاج اللازم.
والأغشية أكثر انتقائية وأكثر قدرة على مقاومة بعض أنواع التعرض مثل: الكلور أو حمض البوريك، وأقل عرضة لتجميع الخواص غير المرغوبة كالتلوث، فمن خلال الخيارات الحالية المتطورة يمكن أن تحسن المعالجة بعدة طرق:
فيمكن أن تقلل من عدد ممرات الترشيح المطلوبة للري والتحكم في تركيزات الكلور في النظام للمساعدة في إحباط تأثيرات الوقود الحيوي وتقليل الطلب الكيميائي على تنظيف الأغشية وتقليل تكاليف التشغيل والأثر البيئي.
إن نقل التكنولوجيا من بيئة المختبر إلى الممارسة يمثل مجموعة من التحديات التي ستحتاج إلى معالجتها في السنوات القادمة. ومع ذلك، فإن الباحثين يأملون في إجراء الانتقال؛ لأن العديد من التقنيات المُستخدَمة لإنشاء بوليمرات بلورية مجمعة ذاتيًا تتوافق مع ممارسات تصنيع الغشاء الحالية.
كتابة: آلاء عمارة
مراجعة: أية أحمد
تصميم: أمنية عبدالفتاح
تحرير: إسلام حمدي
