تلعب تكنولوجيا الأغشية دورًا هامًا في مواجهة القضايا الاجتماعية التي تشمل نقص المياه النظيفة والتلوث البيئي والتخلص من انبعاثات الكربون، حيث تمثل الأغشية مصافٍ تساهم في تحويل مياه البحر إلى مياه صالحة للشرب وفصل ثاني أكسيد الكربون والملوثات الأخرى عن الغلاف الجوي. لذلك، فقد أصبح من الضروري تطوير مواد جديدة لجعل هذه التنقية أكثر فعالية وبتكلفة اقتصادية مناسبة.
وقد قام الباحثون في السنوات الأخيرة بتحديد خصائص النماذج العضوية كمادة ذات إمكانات كبيرة يمكن الاستفادة منها في تطبيقات الأغشية، حيث تعد النماذج العضوية نوعًا من المواد التي تشكل هياكل ثنائية وثلاثية الأبعاد من خلال التفاعلات التي تحدث بين مكوناتها العضوية، الأمر الذي يؤدي إلى وجود روابط ديناميكية قادرة على تكوين مواد بلورية مسامية تتميز بهياكلها الواضحة وإمكانية تعديلها واستقرارها الكيميائي والكثير من المسامات حيث تؤهلها للاستخدام في التطبيقات القائمة على الامتصاص.
وتعد الأغشية ذات النماذج العضوية ثلاثية الأبعاد هامة في مجال تطبيقات الفصل الجزيئي بفضل مساماتها الواضحة والمترابطة التي تعزز عملية الانتشار الجزيئي وحركة الجزيئات خلال الأغشية.
ويمثل تصنيع أغشية النماذج العضوية ثلاثية الأبعاد تحديًا كبيرًا نتيجة هيكلها الفريد الذي يقوم على الروابط المكانية التي تؤدي إلى صعوبة بلورة الهياكل وجمعها.
وفي هذا الإطار، طور فريق من الباحثين بإشراف الأستاذ في جامعة خليفة الدكتور دينش شيتي، طريقة جديدة لصنع نماذج عضوية ثلاثية الأبعاد تتيح إمكانية تعديل المادة لتنظيم عمليات فصل المياه.
وضم الفريق البحثي كلًا من الدكتور عبدالقيوم محمد والأستاذة ماغي أبي جودة والأستاذ محمد أبو الهيجا من قسم الكيمياء والدكتورة عائشة الخوري والأستاذة كرياكي بوليكرونوبولو من قسم الهندسة الميكانيكية. وقد تم نشر دراستهم البحثية كغلاف لأفضل المجلات البحثية العالمية وهي مجلة "أنغيفانتي كيميستري إنترناشونال إديشن".
من جانبه، قال الدكتور دينش: "اقتصرت محاولات تصنيع أغشية النماذج العضوية ثلاثية الأبعاد الأكبر حجمًا على مصفوفات الأغشية المختلطة، الأمر الذي حال دون الكشف الكامل عن جودة هيكلها ومسامها الواضحة".
وأضاف: "تعد خاصة فصل المياه واحدة من أهم الخصائص الفيزيائية الكيميائية للأغشية في العديد من التطبيقات التي تشمل فصل النفط عن المياه وأغشية تحلية المياه المالحة والتنقية الجزيئية".
واستفاد الفريق البحثي من هذه الخاصية في تصنيع أغشية النماذج العضوية ثلاثية الأبعاد ذات هياكل سهلة التحكم وقابلة للتعديل في مجال تنقية المياه.
واستعان الباحثون بالعديد من المواد المذيبة لتنظيم عملية فصل المياه من خلال إضافة الشوائب وقاموا باختبار الهياكل أيضًا باستخدام خليط من النفط والمياه بالاعتماد على الجاذبية الأرضية، حيث نتج عن ذلك إزالة جزيئات النفط من الخليط.
وتشير نتائج هذه الدراسة إلى أن الفريق البحثي طور طريقة فعالة وبسيطة للتحكم بوظائف أغشية النماذج العضوية ثلاثية الأبعاد، حيث تتيح المنهجية التي اتبعها الفريق الفرصة لإيجاد إمكانيات كبيرة أمام تصميم العديد من أغشية النماذج العضوية الجديدة التي تخدم مجموعة متنوعة من التطبيقات.
وقال الدكتور دنيش: "يعتبر هذا المشروع الأول من نوعه في مجال تطوير أغشية بوليمرية عضوية ثلاثية الأبعاد، حيث تمكّنا من تحسين الخصائص الفيزيائية الكيميائية للأغشية دون تغيير على بنيتها ودون الاستعانة بالمحسّنات الكيميائية. وسيساهم هذا الابتكار في تطوير عملية صناعة الأغشية اللازمة للتطبيقات الهامة التي تضم تنقية المياه وفصل الجزيئات وأغشية تحلية مياه البحر".
يؤكد هذا البحث الذي أجري في جامعة خليفة على كفاءة وقدرات الباحثين في الجامعة في إنتاج بحوث علمية متقدمة عالمية المستوى.