تطوير محفز نانوي رخيص الثمن لتنقية المياه من النترات

نون - طور العلماء الصينيون والأمريكيون محفزا نانويا رخيصا يعتمد على أنابيب الكربون النانوية التي يمكنها تنقية الماء من النترات وبنفس فعالية المحفزات المعدنية باهظة الثمن.

وجاء في مقال نشرته مجلة Nature Water العلمية أن تلوث المياه بالنترات يشكل خطرا على الطبيعة وصحة الإنسان. وتتصف الطرق الحالية المستخدمة لتنقية المياه من هذه المواد باستخدام الميكروبات أو المحفزات المعدنية إما بسرعة التشغيل المنخفضة أو التكلفة العالية. لذلك تم تطوير نظام التحفيز الكهربائي الذي ينقي المياه من النترات بنفس فعالية المحفزات المعدنية.

تم تطوير هذا النظام من قبل فريق من الكيميائيين الأمريكيين والصينيين، وهو عبارة عن غشاء يوجد فيه عدد كبير من أنابيب الكربون النانوية. وقد حاول العلماء سابقا استخدام هياكل كربونية ثنائية الأبعاد لتسريع التفاعلات التي تتضمن ذرات النيتروجين، لكن كفاءة مثل هذه المحفزات ظلت منخفضة.

ووجد الباحثون أنه يمكن زيادة كفاءتها بنحو أربعة أضعاف، من 20% إلى 80%، عن طريق إجبار جزيئات النترات على التفاعل مع الهياكل النانوية الكربونية لفترة أطول. وللقيام بذلك قام العلماء بمعالجة الأنابيب النانوية بواسطة كميات صغيرة من كحول البولي فينيل، ثم قاموا بوضعها داخل أغشية خزفية خاصة يمكن التحكم في نفاذيتها باستخدام التيار الكهربائي.

وفي أثناء التجارب اللاحقة تمكن العلماء من اختيار بنية الغشاء وقوة التيار التي تجعل جزيئات النترات تصطدم أكثر بالأنابيب النانوية وتتفاعل معها وتتحول إلى جزيئات نيتروجين نقية. وكان ذلك سمة مميزة لكل من المحاليل المركزة للنترات وعينات مياه الشرب الملوثة بتركيزات منخفضة نسبيا من أملاح حمض النيتريك.

وبحسب التقديرات الحالية للباحثين، فإن النظام الذي طوروه يستهلك نحو 430 واط من الطاقة لإزالة غرام واحد من النترات من مياه الشرب، وفي الوقت نفسه يبقى ثابتا لساعات طويلة، مما يجعل عملية تنقيته إجراء رخيصا نسبيا. ويأمل الباحثون أن يؤدي تطويرهم في المستقبل إلى التخلي عن المحفزات باهظة الثمن المعتمدة على البلاديوم والإيريديوم والروثينيوم وغيرها من المعادن النادرة والثمينة.