قامت مجموعتان بحثيتان في جامعة كوبنهاجن بتصميم مفاعل بلازما يعمل بالموجات الدقيقة (غاز متأين) يمكنه تطهير المياه التي تحتوي على تركيزات عالية من الأصباغ. البلازما عبارة عن غاز متأين يحتوي على إلكترونات وأيونات وذرات وجزيئات وجذور حرة وفوتونات. وغالبا ما يطلق عليها الحالة الرابعة للمادة، وهي تتخلل كل الأشياء. البلازما، التي يتم إنتاجها بشكل مصطنع عن طريق تحويل الطاقة إلى غاز، توجد في أنابيب الفلورسنت المستخدمة في إضاءة المطبخ، كما أنها تجعل الهواتف المحمولة أصغر حجمًا.
البلازما هي ثورة حقيقية في مجال التكنولوجيا. في الماضي، لنحت الدوائر على ألواح السيليكون المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف المحمولة، كان لا بد من استخدام المنتجات الكيميائية الملوثة للبيئة. الآن، باستخدام البلازما يمكن أن يؤدي المهمة بشكل أنظف وأكثر دقة، مما يجعل الفجوات أصغر فأصغر، ومعها الأجهزة.
لكن للبلازما أيضًا تطبيقات أخرى، مثل معالجة المياه. تعاونت مجموعة فيزياء البلازما FQM-136 ومجموعة التحفيز العضوي والمواد ذات البنية النانوية FQM-346 بجامعة قرطبة في دراسة تهدف إلى القضاء على الملوثات في الماء عن طريق تطبيق البلازما لتعزيز العمليات الكيميائية.
ولمعالجة المشكلة المتزايدة للملوثات العضوية في المسطحات المائية، مثل الأصباغ والمركبات الأخرى الناتجة عن الأنشطة الزراعية والصناعية والتي يمكن أن تزعزع استقرار النظم البيئية، تحول هؤلاء الباحثون إلى تطبيق البلازما.
طفرة في تنقية المياه
في عام 2017، أظهر فريق البحث لأول مرة أنه عندما تعمل بلازما الأرجون المستحثة بواسطة الموجات الدقيقة المفتوحة للهواء على الماء، فإنها ستنتج أنواعًا نشطة تحتوي على الأكسجين والنيتروجين (مثل جذور الهيدروكسيل، وبيروكسيد الهيدروجين، وجذور النيتروجين) في الماء، والتي يمكن أن تقضي على تلوث المياه. الآن، نجح الباحثون خوان أمارو جاجيت وفرانسيسكو ج. روميرو سالجويرو وماريا سي. جارسيا في تصميم مفاعل لهذه البلازما وزيادة كبيرة في كمية هذه الأنواع النشطة المنتجة في الماء، مما يجعل من الممكن تدمير تركيزات عالية من الأصباغ (في هذه الحالة، أزرق الميثيلين) في دقائق معدودة فقط.
وقد تم تحقيق ذلك من خلال تغيير تصميم السورفاترون، وهو جهاز معدني يمزج الطاقة من مولد الموجات الدقيقة مع البلازما للحفاظ عليها. تشرح البروفيسور ماريا غارسيا: "ما نقوم به هو وضع قطعة صغيرة من السيليكون في أنبوب تفريغ كوارتز، مما يسمح لنا بإنشاء بلازما مختلفة، وهي ليست خيطية وأكثر كفاءة في توليد الأنواع النشطة عند التفاعل مع الماء. يمكن لتركيبة البلازما المذكورة أعلاه إنتاج أنواع مؤكسدة عند التفاعل مع الماء، وبالتالي تحلل المركبات العضوية وقتل الكائنات الحية الدقيقة، مما يجعل مفاعل البلازما هذا مفيدًا في التطبيقات المتعلقة بمعالجة المياه".
وبالتالي فإن هذا التكوين الجديد يوسع النطاق المطبق لهذا النوع من البلازما. يوضح البروفيسور جارسيا: "يغير هذا التصميم تمامًا تكوين المسرع السطحي الذي يولد المجال الكهرومغناطيسي لتكوين البلازما، مما يمنح البلازما خصائص مختلفة وأكثر كفاءة مع القضاء أيضًا على مشكلة الشعيرات (فصل عمود البلازما إلى العديد من الخيوط) التي تزعزع استقرار البلازما".
مستقبل إزالة التلوث بالبلازما
وتابع البروفيسور فرانسيسكو ج. روميرو: "إن الأكاسيد المنتجة تحت تأثير البلازما شديدة التفاعل ويمكن أن تدمر المواد العضوية في الماء. وللقيام بذلك، لا يتم إدخال البلازما إلى الماء. على العكس من ذلك، تعمل البلازما عن بعد، لذلك هناك منطقة هوائية بين الماء والبلازما، حيث تحدث العديد من التفاعلات بسبب الاصطدامات بين الأنواع المثارة وجزيئات الأكسجين والنيتروجين وبخار الماء وتنتج أنواعًا نشطة تنتشر في السائل وتتحد في النهاية مع الملوثات".
وقال الباحث خوان أمارو: "تم اختبار إمكانات إزالة التلوث للبلازما الناتجة عن هذا التصميم الجديد لتقليل التركيزات العالية من صبغة الميثيلين الزرقاء في الماء، وتحقيق نتائج فعالة للغاية من حيث الطاقة، وتحقيق القضاء التام على الصبغة مع تقصير وقت المعالجة".
البلازما هي "الحالة الرابعة للمادة" التي يتم إنشاؤها عن طريق توفير الطاقة لغاز مستقر وتحويله إلى غاز متأين، ولها تطبيقات في كل شيء تقريبًا: صناعة الرقائق الدقيقة، وتعقيم الأسطح، وشفاء الجروح، وترسيب الطلاء المضاد للانعكاس على الزجاج، وتحسين معدلات إنبات البذور، وإعادة تدوير النفايات، وتنشيط الأسطح البلاستيكية لتحسين التصاق الطلاء، وعدد لا يحصى من التطبيقات الأخرى.
المصدر المجمع: ScitechDaily