السبت , أغسطس 15 2020
الرئيسية / أخبار / علماء يبتكرون إسفنجًا ذكيًا يمتص بقع النفط من الماء
علماء يبتكرون إسفنجًا ذكيًا يمتص بقع النفط من الماء
علماء يبتكرون إسفنجًا ذكيًا يمتص بقع النفط من الماء

علماء يبتكرون إسفنجًا ذكيًا يمتص بقع النفط من الماء


طور فريق من علماء جامعة نورث وسترن إسفنجة ذكية مسامية جدًا تمتص النفط المختلط بالماء بصورة انتقائية.

تمتص الإسفنجة الذكية من النفط ما يساوي أكثر من 30 مرة وزنها، ويمكن استخدامها لتنظيف التلوث النفطي المتسرب إلى البحار بتكلفة منخفضة وكفاءة عالية دون الإضرار بالحياة البحرية، فضلًا عن إمكانية إعادة استخدام النفط بعد عصره من الإسفنجة عشرات المرات دون أن تفقد فعاليتها.

قال فيناياك درافيد الذي قاد تطوير الإسفنجة في جامعة نورث وسترن «للتسربات النفطية آثار مدمرة وفورية على البيئة وصحة الإنسان والاقتصاد. وعلى الرغم من أن التسربات النفطية صغيرة الكمية، إلا أنها ما زالت شديدة التأثير على النظام البيئي والمجتمعي المحيط بها. وبإمكان الإسفنجة الذكية أن تعالج هذه التسربات بطريقة أفضل، أكثر اقتصادية وفعالية ومراعاة للبيئة مقارنة بأحدث الحلول المتاحة حاليًا.»

نُشر البحث في في مجلة الهندسة الصناعية والبحوث الكيميائية. ودرافيد أستاذ في دراسات العلوم وهندسة المواد في كلية ماكورميك للهندسة في نورث وسترن. وفيكاس ناندوانا باحث مشارك أول في مختبر درافيد وهو أول مؤلف لهذا البحث.

وعملية تنظيف تسرب النفط مكلفة ومعقدة، وتضر بالحياة البحرية والبيئة في معظم الأحيان. وتشمل الحلول المستخدمة حاليًا حرق النفط، واستخدام المشتتات الكيميائية التي تحلل النفط إلى قطرات صغيرة جدًا، وإزالة النفط العائم فوق الماء أو امتصاصه بمواد مرتفعة التكلفة غير قابلة لإعادة التدوير.

وقال ناندوانا «لكل نهج له عيوبه ولا توجد حلول مستدامة فالحرق يزيد من انبعاثات الكربون، والمشتتات الكيميائية ضارة للغاية للحياة البرية والبحرية. ولا تعمل أجهزة الكشط في المياه المضطربة أو مع تسرب طبقات رقيقة من النفط. والمواد الماصة باهظة الثمن وتولد كمية كبيرة من النفايات المادية كما تفعل حفاضات الأطفال في مكبات النفايات.»

يتغلب حل فريق جامعة نورث وسترن على هذه التحديات من خلال امتصاص النفط بشكل انتقائي والمحافظة على نظافة المياه والحياة البحرية. ويكمن السر في طلاء نانو مركب من الهياكل النانوية المغناطيسية والركيزة القائمة على الكربون وهو يتصف بأنه جاذب للزيوت ومضاد للماء ومغناطيسي. ويتفاعل هذا الهيكل ثلاثي الأبعاد بتركيبة النانو بشكل انتقائي مع جزيئات النفط ويلتصق بها، ويحجز النفط ويخزنه حتى مرحلة عصره منها. وتمنح البنية النانوية المغناطيسية الإسفنجة الذكية وظيفتين إضافيتين وهما: الحركة المتحكم بها باستخدام مجال مغناطيسي خارجي، وامتصاص المكونات اللزجة مثل النفط عن بعد.

يمكن استخدام ملاط النانو المركب المغناطيسي والمقاوم للماء لتغطية أي إسفنجة رخيصة ومتوفرة تجاريًا. إذ طبق الباحثون طبقة رقيقة من هذا الملاط على الإسفنجة وضغطوا الفائض وتركوه حتى جف. وبذلك تحولت الإسفنجة بسرعة وسهولة إلى إسفنجة ذكية ذات جذب انتقائي للنفط.

اختبر فيناياك وفريقه هذا الإسفنج على الأنواع المختلفة من النفط الخام ذو الكثافة واللزوجة المتفاوتة. وامتصت الإسفنجة دائمًا حتى 30 مرة وزنها من النفط تاركة الماء خلفها. ولمحاكاة الموجات البحرية الطبيعية، وضع الباحثون الإسفنجة على هزاز مغمور في الماء وحتى بعد الاهتزاز القوي أطلقت الإسفنجة أقل من 1% من النفط المحتجز بها مرة أخرى في الماء.

قال درافيد«إن الإسفنج الذي طورناه يعمل بشكل فعال في الظروف المائية المتنوعة التي تختلف درجة قلويتها وملوحتها ونرى أنه يمكننا معالجة مشكلة الجيجاطن بحل مقياس النانو»

وقالت ناندوانا «نحن متحمسون لتقديم إسفنجات ذكية تعمل كمنصة للعلاج البيئي وإزالة الملوثات الموجودة في الماء والتربة والهواء والتقاطها بشكل انتقائي، مثل المغذيات الزائدة وملوثات المعادن الثقيلة والمركبات العضوية المتطايرة والسموم وغيرها. وبإمكاننا تصميم طلاء البنية النانوية ليتمكن من امتصاص هذه الملوثات بشكل انتقائي وتصفيتها لاحقًا.»

يعمل الفريق أيضًا على نوعية أخرى من هذ الإسفنج قادرة على الامتصاص الانتقائي ثم استعادة العناصر الغذائية الذائبة الزائدة مثل الفوسفات الناتجة عن تسرب الأسمدة والملوثات الزراعية. ويخطط الفريق لتطوير هذه التقنية وتسويقها للعمل على تنظيف البيئة.

مرصد المستقبل