جامعة ولاية أريزونا تطور تقنية جديدة قادرة على إزالة أكثر من 90% من "المواد الكيميائية الأبدية" في المياه

طور الباحثون في جامعة ولاية أريزونا تقنية جديدة يمكنها تدمير المواد المحيطة والمواد الكيميائية المعروفة باسم "المواد الكيميائية الأبدية" (PFAS). تُعتبر المواد الكيميائية الأبدية مجموعة من المواد الاصطناعية التي لا تزال حتى الآن غير قابلة للتحلل أو الأكسدة أو التفكك في ضوء الشمس أو التربة. في إحدى الدراسات، صمم التحالف الدولي غشاءً محفزاً "صائد-قاتل" للقضاء على هذه الجزيئات السامة. "كل شخص فينا يحتوي على PFAS. هذه المواد موجودة بشكل دائم في البيئة، وترتفع في سلسلة الغذاء، مما يجعلها مشكلة كبيرة متبقية."

قال بروس ريتمان (Bruce Rittmann)، مدير مركز التكنولوجيا الحيوية البيئية في سيفيت.

يمكن لطرق معالجة المياه التقليدية مثل فلاتر الكربون النشط، ومواد تبادل الأيونات، وتقنية التناضح العكسي استخراج PFAS السامة من مياه الشرب. ومع ذلك، لا تستطيع هذه الطرق تدمير هذه المواد الكيميائية، بل تقتصر على احتجاز الملوثات. بالإضافة إلى ذلك، تترك هذه العمليات مياه مالحة مركزة ومرشحات نفايات خطرة، مما يؤدي في النهاية إلى دفن أو حرق هذه النفايات، مما يؤجل المشكلة بدلاً من حلها. "من الصعب جداً تفكيك PFAS، والعمليات العادية لا تكون فعالة." أضاف ريتمان. السبب في هذه المتانة يكمن في الروابط الكربونية-فلورية، التي تُعتبر الأقوى في الكيمياء العضوية.

تحمي ذرات الفلور الهيكل الكربوني مثل درع محصن، مما يمنع الميكروبات من هضمه، ولا تستطيع المواد الكيميائية اختراقه. "في الواقع، لا يوجد مكان للبدء في عملية التفكيك." أوضح ريتمان.

كيف تعمل التقنية الجديدة

لكسر هذه المعادلة، عمل فريق ريتمان مع شركاء من جامعة رايس، وجامعة تونغجي، وجامعة سنغافورة الوطنية، وجامعة نانجينغ، وتوجهوا نحو طريقة مبتكرة لمطابقة الجزيئات. قام الباحثون ببناء غشاء ألياف مجوفة، مغطاة بجزيئات نانوية من البلاتين، بدلاً من مهاجمة PFAS في المياه المفتوحة. تبدأ العملية من الداخل. يتم ضغط الهيدروجين عبر مركز الأنابيب المجوفة الصغيرة، ويتوسع للخارج حتى يلتقي بمحفز البلاتين. يقوم هذا المحفز بتفكيك جزيئات الهيدروجين المزدوجة إلى ذرات هيدروجين فردية عالية التفاعل.

في الوقت نفسه، ترتبط جزيئات PFAS العائمة في المياه المحيطة بسطح البلاتين، مما يجمع الهيدروجين النشط والملوثات المستهدفة معاً لتدميرها. عندما يلتقي الهدف مع الهيدروجين النشط على السطح، يحفز المحفز تفاعلاً كيميائياً عنيفاً. يقوم الهيدروجين بإزالة الحماية الفلورية، مما يفكك الجزيئات من "قدرتها الأبدية"، ويعيدها إلى مكونات غير ضارة.

التحديات المستقبلية للتقنية

خلال تجربة استمرت 58 يوماً، عالج النظام مياه تحتوي على ستة مركبات PFAS ذات أولوية تنظيمية مختلفة، وأزال أكثر من 90% من كل مركب، وأزال 83% من الفلور الكلي. يُذكر أن مياه الجوفية ذات التركيز العالي من PFAS منتشرة في القواعد العسكرية، ومدافن النفايات، والمطارات، ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي حول العالم. تتراكم هذه السموم في المحاصيل، والماشية، والأنسجة البشرية، وترتبط بالتعرض لسرطان الكلى، وأمراض الغدة الدرقية، واضطرابات المناعة، وتأخر النمو. قد يغير وجود آلية عامة قادرة على تفكيك عائلة كاملة من المركبات طريقة معالجة التلوث البيئي.

قبل أن يمكن نشر هذه التقنية في أنظمة المياه البلدية، لا يزال يتعين معالجة عدة تحديات. على سبيل المثال، يجب تقليل كمية البلاتين المطلوبة لتقليل التكاليف. يبلغ سعر هذه المعادن الثمينة حوالي 50,000 دولار أمريكي لكل كيلوغرام (حوالي 390,000 دولار هونغ كونغ). قد تتطلب النشر الفعلي دمج المفاعلات مع طرق الفلترة الحالية، مما يركز أولاً المياه الملوثة، مما يسمح للنظام المحفز بتدمير تدفق النفايات الناتجة بشكل فعال. تشير ظهور الكيمياء الصائد-القاتل إلى أن هذا الإرث السام الدائم قد ينتهي في النهاية.