الملخص:

يتحدث المقال عن تصميم حديث لورقة مصنوعة من مواد صديقة للبيئة وخالية من المعادن تسمح بتنقية المياه الملوثة لتصبح صالة للشرب وذلك عند تعريضها لضوء الشمس. أثبت هذا الابتكار جدارته مقارنة بالحلول المشابهة الموجودة سابقاً.

يفتقر أكثر من ملياري شخص حول العالم إلى مياه شرب نقية وآمنة. لكن في الوقت الراهن، تم اكتشاف مادة جديدة لها طريقة فعالة وصديقة للبيئة لتنقية المياه باستخدام ضوء الشمس فقط. وفقًا لباحثين في مجلة أبحاث كيم (chem)، فإنه باستخدام الضوء يمكن لمواد صديقة للبيئة تنقية ما يكفي من مياه الشرب اليومية لأربعة أشخاص في ساعة واحدة فقط. تم اختبار هذه المادة ووجد أنها تقتل ما يقارب 100 في المائة من البكتيريا الموجودة في 10 لترات من المياه.

 هذه المادة الجديدة عبارة عن ورقة ثنائية الأبعاد من نيتريد الكربون الجرافيتي وتصنف كمحفز ضوئي، حيث عند سقوط أشعة الشمس على هذه المادة فإن الالكترونات تُطلق للخارج مُكوّنة كيماويات تدمر الميكروبات في الماء وهذه الكيماويات تعتمد على الأكسجين الموجود في الماء.

التصميم الحديث له المادة/ الورقة ثنائية الأبعاد يتجنب المخاطر المحتملة في التكنولوجيا الحالية المشابهة حيث أن المحفزات الضوئية الأكثر فعالية في الوقت الحالي تحتوي على معادن يمكن أن تتسرب إلى الماء على شكل ملوثات سامة. هناك نوع آخر من المحفزات غير معدني لكن لها كفاءة قليلة لأنها تتمسك في الالكترونات بشكل أكثر إحكامًا.

ابتكر عالم المواد ج. وانج (Guoxiu Wang) من جامعة سيدني للتكنولوجيا وزملائه صفائح رقيقة مكونة من نيتريد الكربون الجرافيتي ومجموعة كيميائية مضافة مثل الأحماض والكيتونات التي تجذب الإلكترونات نحو حواف الأوراق. حيث تُحفز الإلكترونات وترتبط بذرات الأكسجين في الماء لتشكل مواد كيميائية كالأكسجين المذوب للميكروبات في الماء مثل بيروكسيد الهيدروجين. 

وجد الباحثون أن التصميم الجديد قتل ما يقارب 99.999 في المائة من البكتيريا بما في ذلك بكتيريا (E-coli). تم فحص هذا في عينة ماء بحجم 50 ملم والتي أثبت جدارته كأفضل محفز معتمد على المعادن. قُتلت الميكروبات باستخدامه بسرعة أكبر (30 دقيقة) مقابل 60 دقيقة للمحفزات الأخرى الخالية من المعادن لتحقيق ما فعله التصميم الجديد. 

بعد ذلك، قام الفريق بإرفاق الأوراق النانوية إلى السطح الداخلي لأكياس بلاستيكية لتنقية 10 لترات من الماء في ساعة واحدة. يقول وانج: “كان دافعنا هو تطوير طريقة فعالة لاستخدام ضوء الشمس لإنتاج المياه للمناطق الغير مطورة أو البعيدة عن الإمدادات المركزية للمياه النظيفة”. وهو بذلك يشير إلى أن تركيبة الكربون والنيتروجين بدورها تجعل المادة مخفضة التكلفة. ويهدف الباحثون إلى العمل مع مهندسين لتوسيع نطاق التصميم للاستخدام التجاري.

ترجمة مريم المطيري
تويتر: Chemist5M@

مراجعة: عبداللطيف الرباح

المصدر: A new 2-D material uses light to quickly and safely purify water