شارك
الرئيسية
صمم فريق من المهندسين الكيميائيين في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية، في المملكة العربية السعودية، غشاءً رقيقاً مركّباً ومستداماً، مصنوعاً من بوليمر طبيعي غير سام مشتق من بقايا قشور الجمبري.
ساعدت قشور الجمبري والمستخلصات النباتية والبلاستيك المعاد تدويره الباحثين على بناء غشاء مركب مستدام من الأغشية الرقيقة يمكن أن يحل محل الأغشية التقليدية التي تكون انعكاساتها السلبية على البيئة أكبر.
الأغشية المركبة الرقيقة
الأغشية الرقيقة المركبة هي أغشية شبه نفوذة، يتم تصنيعها لتُستخدم في تنقية المياه أو أنظمة تحلية المياه، ومعالجة مياه الصرف الصحي وفصل الغازات وإنتاج المواد الكيميائية، وفي بعض التطبيقات الكيميائية مثل صناعة البطاريات وخلايا الوقود. يمكن اعتبار الغشاء الرقيق المركب بمثابة غربال جزيئي مركب من طبقتين أو أكثر من المواد.
تمتلك الأغشية ذات الطبقات الثلاث خصائص مهمة، فهي تمنع نفاذ (مرور) المواد غير المرغوب فيها مثل الأملاح، ولها معدل ترشيح عالٍ، كما أنها متينة ومقاومة ميكانيكاً. تتكون الطبقة العلوية عادةً من بوليمر يمنح الغشاء خصائصه، تسمح هذه الطبقة بمرور الماء السائل، وتمنع مرور الشوائب الذائبة فيه مثل أيونات الملح والجزيئات الصغيرة الأخرى التي لا تزول بطرق الترشيح العادية.
وهي تشتمل على دعامة مسامية تعلوها طبقة فائقة الرقة، تحتوي على مسام نانوية يمكنها حبس الجزيئات الصغيرة مع السماح للمواد السائلة بالمرور.
اقرأ أيضا: صور مذهلة للأرض من الفضاء احتفالاً باليوم العالمي للبيئة
ما الجديد الذي قدمه الباحثون باستخدام قشور الجمبري والبقايا النباتية؟
يعمل الباحثون دائماً على تطوير الطبقة فائقة الدقة، لتحسين أداء الأغشية، وبأقل تكلفة ممكنة. وتصنع معظم هذه الأغشية باستخدام مواد مشتقة من الوقود الأحفوري، وبعضها سام. لذلك شرع الفريق البحثي، بقيادة جيورجي زيكلي، في إعادة هندسة هذه الأغشية باستخدام مواد وعمليات خضراء صديقة للبيئة، ومن مكونات محلية، ما يُخفّض تكلفة الإنتاج أيضاً.
يتكون الغشاء الذي عمل الباحثون عليه من دعامة مسامية، مصنوعة من بلاستيك معاد تدويره، وتم طلائها ببوليمر طبيعي غير سام يسمى «الكيتوزان» مشتق من قشور الجمبري.
يمكن الحصول على قشور الجمبري محلياً بكميات كبيرة، إذ تنتج المجموعة الوطنية للاستزراع السمكي «نقوا» في المملكة العربية السعودية نحو 50 ألف طن من نفايات قشور الجمبري سنوياً، والتي تستخدم لإنتاج 135 طناً من الكيتوزان سنوياً.
أراد الباحثون صنع الغشاء بمسام نانوية، لذلك ربطوا سلاسل البوليمر الخاصة بالكيتوزان باستخدام مركب «فوران دي كربوكسي ألدهيد» (furandicarboxaldehyde)، واختصاره «FDA»، وهو جزيء مشتق من نفايات النبات عبر العمليات الخضراء.
ليس ذلك فقط ما يجعل صناعة هذا الغشاء مستدامة، بل حتى المذيب المستخدم في التفاعل مُنتَج من أوراق شجرة الأوكالبتوس. وأيضاً، مُحفّز التفاعل يسمى «TMG»، وهو بديل أكثر خضرة للمركبات الضارة المستخدمة عادةً لتسريع الارتباط.
يقول زيكلي عن استدامة الغشاء: «إن تحويل الكتلة الحيوية للنفايات المتوفرة بكثرة إلى مواد ذات قيمة مضافة، مثل هذا الغشاء، لا يحل مشكلة إدارة النفايات فحسب، بل يولد أيضاً منتجاً ذا قيمة مضافة».
ومن ناحية تكلفة الإنتاج، يقول زيكلي إن استخدام المواد المعاد تدويرها، أو بقايا قشور الجمبري، أو المواد النباتية، لها تكلفة مماثلة لتكلفة إنتاج الأغشية التقليدية.
بعد انتهاء عمليات تصنيع الغشاء، اختبره الباحثون باستخدام الأسيتون الذي يحمل جزيئات البوليسترين بأطوال مختلفة، بالإضافة إلى جزيء أصغر يسمى «ميثيل ستيرين دايمر».
سمح الغشاء بتدفق الأسيتون بمعدل مماثل للأغشية التقليدية. ويمكنه أيضاً «تصفية الجزيئات ذات الحجم المكافئ للأصباغ أو المكونات الصيدلانية النشطة. لذلك، فإن هذا الغشاء قابل للتطبيق عملياً في الصناعات الطبية الحيوية أو النسيج أو الأدوية أو الصناعات الغذائية»، على حد قول «كونغ يانغ»، طالب دكتوراه في الفريق.
أظهر الباحثون أيضاً أنه يمكنهم ضبط خصائص الغشاء باستخدام مذيب غير سام يسمى «تامي سولف» (TamiSolve). إنهم يأملون الآن في التعاون مع مزارع الجمبري المحلية لضمان إمدادات مستدامة من الكيتوزان، وكذلك تطوير عمليات تصنيع الأغشية على نطاق أوسع.
اقرأ أيضا: