طور فريق من جامعة رايس مادة جديدة تستخدم التحفيز الضوئي لتفكيك ملوثات الماء المقاومة، بما في ذلك مركبات البير- والبوليفلورو ألكيلية (PFAS). نُشرت النتائج في مجلة Materials Today، وكان هدف العمل إيجاد طريقة أبسط وأرخص لمعالجة ملوثات يصعب إزالتها من مصادر المياه.
تقوم الفكرة على دمج الهياكل العضوية التساهمية (COFs) المسامية، ذات المساحة السطحية الكبيرة، مع غشاء ثنائي الأبعاد من نيتريد البورون السداسي (hBN). عندما يصطدم الضوء بـ COF تتحرك إلكترونات وتترك شواغر؛ ويؤدي فصل الشحنات هذا إلى تفاعلات كيميائية قادرة على تفكيك الملوثات العضوية والصعبة.
نجح الباحثون في نمو COF مباشرة فوق غشاء hBN عن طريق هندسة العيوب: نقشوا خدوشاً مجهرية في hBN حتى يمكن للـ COF أن يترسخ وينمو. يوجّه واجه المادتين الشحنات في اتجاهات مختلفة، ما يخلق سطحاً هجيناً فعالاً للتنظيف دون الاعتماد على معادن قد تضر بالبيئة.
قال ييفان تشو، باحث ما بعد الدكتوراه وكاتب أول للدراسة، إن دمج مادتين آمنتين وخفيفتين أنشأ سطحاً قوياً يعمل بسرعة وعلى ملوثات مختلفة. أضاف جَن لوو، مؤلف مراسِل، أن المادة الخالية من المعادن قادرة على معالجة ملوثات متعددة يصعب إزالتها. اختبر الفريق المادة في مفاعلات مائية بتدفق عمودي وأفقي محاكية لمحطات المعالجة، ووجَدوا ثبات البنية عبر دورات تنظيف متكررة.
- المؤسسات المشاركة: جامعة رايس وجامعة فلوريدا.
- جهات الدعم: المؤسسة الوطنية للعلوم، ومركز RISING في رايس، ومؤسسة ويلتش.
- النتيجة: مادة ضوئية مستقرة تعالج ملوثات صعبة دون معادن.
كلمات صعبة
- التحفيز الضوئي — استخدام الضوء لبدء تفاعلات كيميائية
- الهياكل العضوية التساهمية — مواد شبكية عضوية لها مساحات سطحية كبيرة
- المسامية — وجود فراغات صغيرة داخل المادة تسمح بامتصاص
- غشاء ثنائي الأبعاد — طبقة رقيقة جداً لها بعدان ماديان
- هندسة العيوب — تعديل عوارض أو عيوب في مادة للتحكم
- تفكيك — تدمير جزيئات الملوثات إلى مكونات أبسط
تلميح: مرّر المؤشر أو ركّز أو اضغط على الكلمات المظلَّلة داخل القصة لرؤية تعريفات سريعة أثناء القراءة أو الاستماع.
أسئلة للمناقشة
- ما فوائد استخدام مادة خالية من المعادن لمعالجة المياه؟ اذكر سببين بناءً على المقال.
- ما التحديات التي تتوقعها عند تطبيق هذه المادة في محطات معالجة مياه فعلية؟
- كيف يمكن لهندسة العيوب أن تغيّر تصميم مواد أخرى لمعالجة التلوث؟ اشرح برأيك مع أمثلة.
