تستطيع الإسفنجة الذكية المغطاة بجسيمات نانوية قادرة على تنظيف المياه الملوثة من خلال الالتصاق بالملوثات. وجمع معادن مثل الزنك والنحاس، فضلاً عن الفوسفات.
وفي محاولات سابقة نجحت في سحب الرصاص من الماء، والبلاستيك الدقيق والنفط من البحيرات والمحيطات. ثم تطلق هذه الموارد القيمة عندما تتعرض لدرجات حموضة مختلفة.
كيف تعمل اسفنجة الذكية على إزالة الملوثات من المياه
تعد هذه الإسفنجة الذكية تطورًا جديدًا يسمح بجمع المعادن الثمينة وإعادة استخدام الإسفنج. نجحت الإسفنج القابلة لإعادة الاستخدام في إزالة النفط والفوسفات والمعادن من المياه الملوثة. وتتراوح تركيزات تلوث المياه من 0.8 جزء في المليون إلى مستويات غير قابلة للكشف.
يأتي ذلك مع تزايد أعداد المجاري المائية التي تعاني من ازدهار الطحالب والتلوث الناجم عن المعادن الناتجة عن الجريان الزراعي. بالإضافة لعمليات التصنيع الصناعي، وظهرت طرق جديدة لإزالة الملوثات مثل الفوسفات والنحاس والزنك في مختلف الحقول.
ورغم وجود حلول لهذه المشكلة، فإنها عادة ما تكون مكلفة ولا يمكن استخدامها إلا مرة واحدة. ولكن إسفنجة متخصصة ابتكرها باحثون في جامعة نورث وسترن تعمل على امتصاص الملوثات، ثم إطلاقها حسب الرغبة، ربما تقدم حلًا قابلاً لإعادة الاستخدام ومنخفض التكلفة.
كما تستطيع الإسفنجة المغطاة بجسيمات نانوية قادرة على الالتصاق بالملوثات. جمع معادن مثل الزنك والنحاس، فضلًا عن الفوسفات. وفي محاولات سابقة نجحت في سحب الرصاص من الماء، والبلاستيك الدقيق والنفط من البحيرات والمحيطات.
ثم تطلق هذه الموارد القيمة عندما تتعرض لدرجات حموضة مختلفة. وفي ورقة بحثية من المقرر نشرها في الخامس من فبراير في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية للعلوم البيئية وتكنولوجيا المياه.
وحدد الباحثون طريقة لتكييف منصتهم مع الملوثات المحددة في شيكاغو ثم إطلاقها بشكل انتقائي. ما يمنح الموارد التي يجب استخراجها عادةً إمكانية الحصول على حياة ثانية.
وقال الباحث الرئيسي “فيناياك درافيد” يمكن استخدام هذه التكنولوجيا كممتص عالمي أو “جامع لكل شيء”. أو يمكن تصميمها لمجموعات معينة من الملوثات مثل المعادن أو البلاستيك أو العناصر الغذائية. ما الأمر مع الإسفنجة؟
في أول إصدار لها، كانت منصة الإسفنج مصنوعة من مادة البولي يوريثين ومغطاة بمادة تجذب الزيت وتطرد الماء. أما الإصدار الأحدث فهو عبارة عن إسفنجة سليولوزية شديدة المحبة للماء ومغطاة بجسيمات مصممة خصيصًا لمقاومة الملوثات الأخرى.
ملوثات المياه
تعمل منصة الإسفنج بفعالية كبيرة بفضل مسامها التي توفر مساحة سطحية كبيرة لالتصاق الملوثات بها. وقد وصف “درافيد” هذه التكنولوجيا أحيانًا بأنها “سكين الجيش السويسري” نظرًا لتنوعها وقدرتها على الاستخدام المتكرر.
وعند اكتشاف شركة StormTrap، LLC، المتخصصة في معالجة مياه الأمطار لهذه المنصة، تواصلت مع الفريق للاستفسار عن 3 ملوثات تؤثر بشكل كبير على مياه شيكاغو. وطلب ممثلو الشركة من درافيد خفض تركيز هذه الملوثات إلى مستويات لا يمكن تتبعها.
تحدد وكالة حماية البيئة مستويات المعادن بناءً على صحة الإنسان، إلا أن هذه الحدود في بعض الأحيان قد تكون أعلى من الكميات الآمنة بيئيًا، إذ يتطلب منع مشاكل مثل ازدهار الطحالب تركيزات أقل بكثير.
كان تطوير المنصة لالتقاط النحاس والزنك والفوسفات أمرًا سهلًا نسبيًا، لكن التحدي الأكبر تمثل في استعادة الموارد من هذه المواد. مع تناقص مخزونات الفوسفات والمعادن في المناجم، أصبح هذا الجانب أمرًا بالغ الأهمية.
كما قالت كيلي ماتوسزيوسكي، طالبة الدكتوراه في مجموعة “درافيد” والمشاركة في البحث. “لا يمكننا الاستمرار في التخلص من هذه المعادن بشكل غير فعال؛ علينا فهم تفاعلها واكتشاف طرق لاستغلالها”.
وكان الحل الذي اكتشفته ماتوسزيوسكي هو خفض درجة الحموضة لإطلاق المعادن من الإسفنجة. بعد إزالة النحاس والزنك، ارتفع مستوى الحموضة، ما جعل الفوسفات ينفصل أيضًا. وبعد 5 دورات من جمع وإزالة المعادن، كانت الإسفنجة لا تزال تعمل بكفاءة، وأتاحت تمرير المياه بمستويات ملوثة لا يمكن اكتشافها.