أعلن فريق بحث علمي دولي بقيادة جامعة رايس في الولايات المتحدة مؤخرًا أنهم طوروا عملية جديدة صديقة للبيئة يمكنها التقاط وتحلل بسرعة المواد البيرفلوروالكيل (PFAS) المعروفة باسم "المواد الكيميائية الأبدية" في المسطحات المائية. ويعتبر هذا الإنجاز خطوة مهمة في مكافحة التلوث البيئي العنيد.
PFAS عبارة عن مواد كيميائية من صنع الإنسان تم استخدامها على نطاق واسع في المنتجات اليومية مثل طلاءات التيفلون غير اللاصقة والملابس المقاومة للماء وتغليف المواد الغذائية منذ الأربعينيات. يتم استخدامها على نطاق واسع لأنها مقاومة للحرارة والزيت ومقاومة للماء. ومع ذلك، يطلق عليها أيضًا اسم "المواد الكيميائية إلى الأبد" لأنها صعبة للغاية للتحلل. في الوقت الحاضر، تم اكتشاف PFAS على نطاق واسع في الماء والتربة والهواء في جميع أنحاء العالم. وأظهرت الدراسات ذات الصلة أن التعرض لمثل هذه المواد يرتبط بتلف الكبد ومشاكل الإنجاب واضطرابات الجهاز المناعي وزيادة خطر الإصابة ببعض أنواع السرطان، مما يجعل إدارتها مشكلة بارزة في المجال البيئي.
لفترة طويلة، اعتمدت تكنولوجيا إزالة PFAS بشكل أساسي على الامتزاز: استخدام مواد مثل الكربون المنشط أو راتنج التبادل الأيوني للسماح لـ PFAS بالالتصاق بها، ثم مركزية المادة الممتصة للعلاج. ومع ذلك، غالبًا ما تعاني هذه الطرق من انخفاض الكفاءة، وبطء سرعة المعالجة، والقدرة المحدودة، وتوليد النفايات الثانوية أثناء التخلص منها لاحقًا. وأشار مايكل س. وانج، الأستاذ في كلية جورج ر. براون للهندسة والحوسبة بجامعة رايس، إلى أن الأساليب الحالية "بطيئة للغاية، وغير فعالة للغاية، وتولد نفايات إضافية" لدعم احتياجات المعالجة طويلة الأجل وواسعة النطاق.
يأتي الاختراق في هذا البحث من مادة هيدروكسيد مزدوج من النحاس والألمنيوم (LDH). تم اكتشاف هذا النظام لأول مرة من قبل جين جيانهان من المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) عندما كان طالب دراسات عليا في عام 2021. وفي تجارب أخرى، وجد يونجكون تشونغ، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة رايس، أن نوعًا واحدًا من التركيبة المحتوية على النترات أظهر خصائص امتصاص قوية بشكل غير عادي لـ PFAS. ووفقا له، فإن LDH لديه قدرة التقاط PFAS أعلى بأكثر من 1000 مرة من المواد الأخرى، ويعمل بسرعة كبيرة ويمكنه إزالة كمية كبيرة من PFAS في غضون دقائق، وهو أسرع بحوالي 100 مرة من وسائط مرشح الكربون المنشط المتوفرة تجاريًا.
وأشار فريق البحث إلى أن مفتاح الكفاءة العالية لهذه المادة يكمن في هيكلها الداخلي المكون من طبقات النحاس والألومنيوم عالي الترتيب واختلال طفيف في الشحن، مما يوفر بيئة دقيقة مثالية للارتباط "السريع والقوي" لجزيئات PFAS. وفي اختبارات لاحقة، تحقق الباحثون من أدائها في عينات المياه الحقيقية مثل مياه الأنهار، ومياه الصنبور، ومياه الصرف الصحي. سواء في المعالجة الثابتة أو أنظمة التدفق المستمر، أظهر LDH تأثيرات إزالة مستقرة وممتازة، مما يوضح إمكانية التطبيق الهندسي في إمدادات المياه البلدية ومعالجة مياه الصرف الصناعي.
قدم الفريق أيضًا أفكارًا جديدة لمشكلة رئيسية أخرى في إدارة PFAS، وهي التدمير الكامل للملوثات. من خلال العمل مع بيدرو ألفاريز وجيمس تول من جامعة رايس، طور تشونغ يونغكون عملية تحلل حراري: تسخين LDH المشبع بالامتزاز مع كربونات الكالسيوم يمكن أن يتحلل و"يمعدن" أكثر من نصف PFAS المحتجز دون إطلاق منتجات ثانوية سامة. علاوة على ذلك، تعمل العملية أيضًا على تجديد المادة الفعالة بحيث يمكن إعادة استخدامها.
تظهر الأبحاث الأولية أن هذه المادة يمكن أن تكمل ما لا يقل عن ست دورات كاملة من "الالتقاط والتدمير والتجديد"، ويعتبرها فريق البحث أول نظام صديق للبيئة يدمج إزالة PFAS وإعادة التدوير المستدام. وقال قائد المشروع وانغ إنه من المتوقع أن تغير تقنية LDH الفريدة هذه طريقة معالجة المياه الملوثة بـ PFAS في المستقبل القريب، ولا يمكن فصل تحقيق النتائج عن التعاون العابر للحدود الوطنية وإبداع الباحثين الشباب.
نُشرت الورقة ذات الصلة، بعنوان "منصة معالجة المياه المتجددة للالتقاط والتمعدن الفائق السرعة للمواد البير والبولي فلورو ألكيل"، في مجلة المواد المتقدمة في 25 سبتمبر 2025. وقد تم تمويل البحث من قبل المؤسسة الوطنية للبحوث في كوريا، وبرنامج إدارة ثاني أكسيد الكربون بين أرامكو السعودية ومعهد KAIST، ومركز أبحاث وتطوير الهندسة التابع لسلاح المهندسين بالجيش الأمريكي، ومعهد الاستدامة بجامعة رايس، ومعهد المياه. المعهد.
تم تجميعها من /ScitechDaily