خطوة جديدة نحو معالجة بيئية آمنة: تنقية مائية ضوئية بمواد نانوية متقدّمة
أفادت وکالة آنا الإخباریة، كشفت نتائج بحث دولي مشترك بين جامعة تربيت مدرس في طهران، جامعة بوعلي سينا في همدان، وجامعة غرناطة الإسبانية عن أنّ الدمج المبتكر بين نيتريد الكربون الغرافيتي (g-C₃N₄) وبوليمر عضوي كبريتي يمكن أن يعزّز بشكل ملحوظ كفاءة التنقية الضوئية–التحفيزية (الفوتوكاتاليتيكية) للمياه الملوّثة بالعقاقير الكيميائية.
هذا الهيكل غير المتجانس (Heterostructure) يستفيد من طاقة الضوء لتحويل الأدوية والملوّثات الناشئة إلى مركّبات أقل خطورة على الصحة والبيئة. أزمة التلوّث الدوائي في المياه أوضح الباحثون أنّ تلوّث المياه السطحية والجوفية بالمستحضرات الصيدلانية ومركّبات ناشئة أخرى يمثّل أحد أبرز تحديات الصحة العامة والبيئة في العقود الأخيرة.
فالأدوية المضادة للالتهابات والمضادات الحيوية والمنبّهات العصبية تصل إلى مياه الصرف بعد الاستهلاك، وغالبًا ما تفلت من عمليات المعالجة التقليدية، ما يؤدي إلى آثار سلبية على النظم البيئية وصحة الإنسان. ابتكار نانوتركيبي لتحسين الكفاءة اعتمدت الدراسة على تطوير نانوتركيب يجمع بوليمرًا عضويًا كبريتيًا قائمًا على الثيازول مع نيتريد الكربون الغرافيتي عبر تخليق ميكروويفي.
التحاليل الطيفية (FTIR، UV-Vis)، البنية (XRD، STEM)، والقياسات الكهروكيميائية (PL، EIS، Photocurrent) أكدت أنّ المادة الجديدة تمتلك سطحًا نشطًا واسعًا، قدرة أعلى على فصل الشحنات الضوئية، وتقليل معدلات إعادة الارتباط غير المرغوبة. نتائج الأداء التجريبي أظهرت التجارب أنّ إضافة 20% من البوليمر إلى g-C₃N₄ يوفّر الأداء الأمثل، حيث حقّق هذا التركيب كفاءة تفكيك أكبر لعقاقير مثل: الباراسيتامول، الكافيين، الأنтипيرين، السيبروفلوكساسين، السلفاميثوكسازول، والديكلوفيناك، مقارنةً بالمادة النقية.
كما أثبت فعالية في ظروف شبه محايدة، وبحد أدنى من تأثر الأيونات البيكربونات (HCO₃⁻)، مما يبرز قدرته على العمل في بيئات مائية متنوّعة. الآلية الضوئية للتفكيك حلّلت الدراسة آلية التفاعل، فبيّنت أنّ الجذور الفائقة للأكسيد (•O₂⁻) والثقوب الضوئية (h⁺) هي العوامل المؤكسدة الأساسية، بينما كان دور الجذور الهيدروكسيلية ثانويًا. كما أظهرت الحسابات أنّ التركيب ينتمي إلى نوع I Heterojunction، حيث يعمل البوليمر الكبريتي بمثابة «حوض للإلكترونات»، مما يحسّن فصل الشحنات ويرفع كفاءة التفاعلات التأكسدية.
الاستقرار وقابلية التطبيق الصناعي تميّز الهيكل الجديد بثباته وإمكانية إعادة استخدامه دون فقدان بنيته البلورية أو خصائصه الطيفية الأساسية. هذا يجعله مرشّحًا واعدًا للتطبيقات الواسعة النطاق في معالجة المياه الصناعية والحضرية. وإضافةً إلى ذلك، فإن طريقة التخليق الميكروويفي الخالية من المعادن تقلّل من قيود الطرق التقليدية، وتوفّر زمنًا أقصر وكفاءة أعلى.
آفاق مستقبلية يشير الباحثون إلى أنّ نجاح هذا النظام يفتح الباب أمام تصميم مفاعلات ضوئية متقدّمة وأنظمة حديثة لمعالجة المياه، مع التأكيد على أهمية تطوير هندسة المفاعلات وفصل المواد للوصول إلى أقصى إمكانات هذه الهياكل المبتكرة.
