طور العلماء من جامعة رايسRice University تقنية لإزالة الملوثات من المياه، ولكن عند الحاجة لذلك. حيث يقوم الباحثون بمعمل المهندسة كيلين لي Qilin Li ببناء نظام معالجة يمكن تشغيله لكي تقوم بشكل انتقائي بالتقاط المواد السامة من مياه الشرب والصرف في المصانع، والمجاري، وأبار الغاز والبترول.
يرى العلماء أن هذه التقنية سوف تقلل من التكاليف وتوفر في الطاقة بشكل كبير مقارنة بالأنظمة التقليدية لتنقية المياه.
تقول المهندسة لي قائدة الباحثين ومؤلفة مشاركة في دراسة عن هذه التقنية الجديدة في جريدة العلوم البيئية والتكنولوجيا: ” إن الطرق التقليدية المستخدمة لإزالة كل شيء عن طريق التناضح العكسي مكلفة جداً، كما أنها تستهلك الطاقة بشكل كبير.”
يتكون نظام رايس من مجموعة من الأقطاب المتراكبة المُستحدثة، والتي يمكن من خلالها إزالة الأيونات بشكل سعوي. حيث تقوم الأقطاب المسامية المشحونة بإزالة الأيونات الغير مرغوب فيها بشكل انتقائي من السوائل، وتمر بعد ذلك في نظام يشبه المتاهة. وعندما تمتلئ المسام بالأيونات السامة، يتم تنظيف الأقطاب لتعود إلى قدرتها الأصلية، ويتم إعادة استعمالها مرة أخرى.
تقول لي: ” إن هذا العمل جزء من نطاق واسع من البحث العلمي الذي يبحث في كيفية إزالة الأيونات الملوِثة بشكل انتقائي. فهناك الكثير من الأيونات في المياه ولكن ليست كلها سامة. فمثلاً أيونات كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) مفيدة جداً، وبالتالي لا يجب أن نقوم بإزالتها، إلا في حالة إن كان تركيزها مرتفع بشكل غير مقبول. لذلك في كثير من التطبيقات يُمكن أن نترك الأيونات التي لا تسبب مخاطر، أما الأيونات الأخرى يجب إزالتها، مثل: أيونات الزرنيخ التي توجد في بعض أبار المياه، وأيونات النحاس والرصاص التي يمكن أن تتواجد في أنابيب مياه الشرب. وأيونات الكالسيوم والكبريت التي توجد في التطبيقات الصناعية، والتي يُمكن أن تتراكم كرواسب معدنية وتقوم بسد وإفساد الأنابيب.”
يقوم هذا النظام الذي طوره فريق لي بإزالة أيونات الكبريت، والمعادن التي تكون القشور، والتي تُعطي للمياه طعم لاذع وتُسبب الإسهال. حيث يتم طلاء الأقطاب المستخدمة في هذا النظام بكربون مُنشط، ثم طلاء الكربون نفسه بطبقة رفيعة من الراتينجات ممسوكة مع بعضها عن طريق كحول بولي فاينيل الرباعي. وعندما تمر المياه الملوثة بأيونات الكبريت من خلال قناة بين الأقطاب المشحونة، تقوم الأقطاب بجذب تلك الأيونات لتمر من خلال طبقة الراتينجات وتلتصق بالكربون.
أظهرت الاختبارات التي تمت في مختبر رايس أن الطلاء الموجب الشحنة الموجود على الكاثود يقوم بالتقاط أيونات الكبريت أكثر من التقاطه للملح بنسبة 20 إلى 1. ويمكن لهذه الأقطاب أن تظل محتفظة بخواصها حتى 50 دورة، ولكن كويتشانج زو Kuichang Zuo المؤلف الرئيسي للورقة البحثية، وباحث ما بعد الدكتوراه في مختبر لي يقول: ” في الحقيقة لقد قمنا بتشغيل هذا النظام لمئات الدورات في المختبر، ومع ذلك لم نلاحظ أي كسر أو تقشير في الأقطاب. فهي قوية جداً”.
وتقول لي أنه من المقرر أن يعمل النظام مع الأنظمة التجارية المستخدمة في معالجة المياه في الوقت الحالي. وتقول: ” إن الميزة الحقيقية لهذا العمل ليست أننا أصبحنا قادرين على إزالة أيونات الكبريت بشكل انتقائي، لأن هناك الكثير من الملوثات التي يمكن أن تكون أكثر خطورة. وإنما تكمن الميزة في تطوير تقنية يمكن باستخدامها استهداف الملوثات الأخرى عن طريق التغيير في مكونات طلاء الأقطاب.”
يعمل فريق رايس مع مختبرات جامعة تكساس بمدينة إل باسو، وجامعة ولاية أريزونا على تطوير أنواع أخرى من الطلاءات؛ لاستخدامها في إزالة ملوثات أخرى على أنظمة اختبار كبيرة النطاق.