ابتكار جديد لتنقية المياه بدقة غير مسبوقة!

تُعد أزمة المياه من أكبر التحديات التي تواجه العالم اليوم، إذ يعاني مليارات الأشخاص من نقص المياه النظيفة أو محدودية الوصول إليها، في وقت يتزايد فيه الطلب على المياه عامًا بعد عام. وبينما تتسابق الدول والباحثون لإيجاد حلول أكثر كفاءة واستدامة، كشفت دراسة حديثة عن تقنية تعتمد على ثقوب نانوية أصغر بآلاف المرات من سُمك شعرة الإنسان، قد تساعد على تنقية المياه وإزالة الملوثات بدقة غير مسبوقة وباستهلاك أقل للطاقة.

تقنية ذكية تحاكي الخلايا الحية

طُوّرت هذه التقنية من خلال تعاون بحثي دولي ضم علماء من المعهد الهندي للتكنولوجيا في غانديناغار، ومعهد الأملاح والمواد الكيميائية البحرية المركزي في الهند، وجامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة، ومركز إس. إن. بوز الوطني للعلوم الأساسية. وقد نُشرت نتائج الدراسة في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.

واستوحى الباحثون فكرتهم من الأنظمة البيولوجية الطبيعية التي تتحكم بدقة في مرور الجزيئات عبر قنوات مجهرية داخل الخلايا والكائنات الحية. وبناءً على ذلك، طوروا أغشية ترشيح أطلقوا عليها اسم "POMbranes"، تحتوي على ثقوب نانوية متطابقة يبلغ عرض كل منها نحو نانومتر واحد فقط، وهو حجم أصغر بآلاف المرات من سُمك شعرة الإنسان، ما يمنحها قدرة استثنائية على فرز الجزيئات بدقة عالية.

دقة استثنائية في فلترة المياه

يكمن الابتكار الأساسي في هذه التقنية في أن جميع الثقوب النانوية داخل الغشاء متطابقة تقريبًا في الحجم، وهو ما يمنحها قدرة عالية على السماح بمرور جزيئات محددة مع منع الجزيئات الأكبر من العبور.

ولتحقيق هذه الدقة، نجح الباحثون في ترتيب مليارات التراكيب النانوية الشبيهة بالحلقات ضمن طبقة فائقة الرقة وخالية تقريبًا من العيوب، بحيث تصبح الثقوب النانوية المسار الوحيد المتاح أمام الجزيئات للانتقال عبر الغشاء. ونتيجة لذلك، يعمل الغشاء كمنخل جزيئي فائق الدقة قادر على فرز الجزيئات بكفاءة وانتقائية عالية.

أداء يفوق التقنيات الحالية بنحو 10 مرات

كشفت الاختبارات عن مستوى دقة لافت للأغشية الجديدة، إذ تمكنت من التمييز بين جزيئات لا يختلف وزنها الجزيئي إلا بمقدار يتراوح بين 100- 200 دالتون فقط، وهي درجة من الانتقائية يصعب تحقيقها باستخدام أغشية البوليمرات التقليدية المستخدمة حاليًا.

ولم يقتصر التفوق على الدقة وحدها؛ فقد أشار الباحثون إلى أن كفاءة الفصل التي حققتها هذه الأغشية كانت أعلى بنحو عشرة أضعاف مقارنة بالتقنيات المتوفرة حاليًا. كما حافظت في الوقت نفسه على خصائص مهمة، مثل المرونة والمتانة وإمكانية إنتاجها على نطاق واسع، وهو ما يعزز فرص استخدامها في التطبيقات الصناعية مستقبلًا.

فرصة جديدة لتقليل هدر المياه

لا تقتصر أهمية هذه التقنية على المختبرات، بل تمتد إلى مجموعة واسعة من التطبيقات العملية، خاصة في الصناعات التي تستهلك كميات كبيرة من المياه، مثل صناعة النسيج والأدوية.

فبحسب الباحثين، يمكن استخدام هذه الأغشية لإزالة الأصباغ والملوثات من مياه الصرف الصناعي بدقة عالية، ما يتيح إعادة استخدام المياه بدلًا من التخلص منها. كما قد تسهم في تحسين عمليات تنقية الأدوية واسترجاع المذيبات الكيميائية بكفاءة أكبر، مع تقليل استهلاك الطاقة مقارنة ببعض التقنيات المستخدمة حاليًا.

ويرى الباحثون أن هذه المزايا قد تجعل التقنية أداة مهمة لدعم الاستدامة وتقليل الهدر المائي في عدد من القطاعات الصناعية الحيوية.

الخلاصة: مياه أنظف وطاقة أقل!

إلى جانب دقتها العالية، تتميز الأغشية الجديدة بقدرتها على العمل في ظروف كيميائية متنوعة، بما في ذلك البيئات ذات درجات الحموضة المختلفة، وهو ما يمنحها مرونة كبيرة لاستخدامها في العديد من عمليات الفصل والتنقية الصناعية.

ويأمل الباحثون أن تسهم هذه التقنية مستقبلًا في تقليل استهلاك الطاقة والحد من الهدر المائي في قطاعات حيوية متعددة. ورغم أنها لا تزال في مرحلة البحث والتطوير، فإن النتائج الأولية تشير إلى إمكان تطوير أنظمة ترشيح أكثر كفاءة ودقة مقارنة بالحلول المتاحة حاليًا.

وإذا نجحت هذه التقنية في الانتقال من المختبر إلى التطبيقات الصناعية واسعة النطاق، فقد تلعب الثقوب النانوية المتناهية الصغر دورًا مهمًا في مواجهة أحد أبرز التحديات العالمية، وهو توفير مياه أكثر نقاءً مع استهلاك أقل للطاقة والموارد.