باحثون من جامعة خليفة يسعون لمواجهة نقص المياه من خلال أغشية أكسيد الغرافين

The continued increase in population around the world has increased the demand for clean water and thus the scarcity of water resources. In this regard, the desalination process is considered an adequate source to easily provide pure water by using thermal energy to evaporate sea water, collect it and then condense it into clean water.

وتمثل عملية الضغط الأسموزي أحد أهم الأساليب المستخدمة على نطاق واسع عالمياً في مجال تحلية المياه، حيث تحتاج إلى الضغط الكبير لدفع كميات كبيرة من المياه من خلال غشاء شبه نافذ لفصل الأملاح عن المياه. وتعتبر تكنولوجيا الضغط الأسموزي طريقة فعالة في تحلية المياه المالحة، إلا أنها تتطلب وجود ضغط مائي كبير وعمليات ضخ ذات فعالية ومعالجة مسبقة للمياه والتي قد تكون مكلفة اقتصادياً. وعلى الرغم من انخفاض التكلفة الاقتصادية لعمليات التحلية المتمثلة باستخدام الضغط الأسموزي بشكل جذري في الآونة الأخيرة، إلا أن زيادة الطلب المتسارع على المياه عالمياً تستدعي الحاجة إلى تكنولوجيات متقدمة تمتاز بفعاليتها في استهلاك الطاقة وتنقية جميع أنواع المياه.

In this context, a research team from Khalifa University has developed membranes consisting of nanocomposites with the aim of using them in the processes of separating ions from ionic solutions such as salt water, with the help of electrically charged membranes. The membranes used in these technologies are known as (ion exchange membranes), and the membranes developed by the research team are based on nanomaterials composed of ionic graphene oxide to find ion exchange groups in the membranes.

وقام الفريق البحثي المكون من كل من الدكتورة ليندا زو، أستاذة هندسة البنية التحتية المدنية والبيئية والدكتور أديتونجي ألابي، خريج برنامج الدكتوراه من جامعة خليفة والدكتور أحمد الحجاج، الأستاذ المساعد في الهندسة الكيميائية، وبالتعاون مع مجموعة من الباحثين من جامعة مانشستر، بتطوير المشروع البحثي المتمركز حول تطوير أغشية الغرافين وأغشية التبادل الأيوني، والذي تم نشره في مجلة "إنفايرومنتال ساينس نانو"، إضافة للمشاريع الأخرى السابقة في هذا المجال والتي نُشرت في مجلتي "ميمبرين ساينس" و"ذا جرنال أوف ماتيريالز  كيمستري- إيه".

من جانبها، قالت الدكتورة ليندا: "تعتمد عملية التحلية باستخدام الأغشية الكهربائية على مقدار الطاقة الكهربائية والتي تشكل قوة دافعة لحركة الأيونات خلال أغشية التبادل الأيوني والذي يساهم بدوره في تعزيز  تدفق الأيونات المعاكسة في الشحنة بين الأغشية ومنع الأيونات المتشابهة في الشحنات من المرور".

وفي سياق تجاذب الأضداد، يقوم المجال الكهربائي بسحب جميع أيونات الأملاح من خلال الأغشية، وبالتالي تنقية المياه والحصول على مياه نظيفة.

من ناحية أخرى، يتم إنتاج أغشية التبادل الأيوني التقليدية من مواد بوليمرية قادرة على القيام بالتبادل الأيوني، لكن طور الباحثون في جامعة خليفة أغشية كهربائية نانوية مكونة من أكسيد الغرافين الذي يساهم في عملية التبادل الأيوني وبناء مجموعة كبيرة من المسارات التي تسمح بحركة الأيونات بفعالية.

وأضافت الدكتورة ليندا: "تساهم أغشية التبادل الأيوني والمعززة بمركبات نانوية تتمثل بأكسيد الغرافين في توفير الاستقرار الحراري والميكانيكي للأغشية، مما يجعلها الحل الأنسب للاستخدام في تطبيقات تحلية المياه".

وقام الفريق البحثي أيضاً بإجراء مجموعة من الاختبارات لتقييم معدل إزالة الأملاح ومقدار الفعالية والطاقة المستهلكة في الأغشية، والتي أكدت جميعها وبشكل ناجح على فعالية أغشية التبادل الأيوني والمكونة من أكسيد الغرافين النانوي وأهمية صنعها لأغراض الاستفادة منها في تطبيقات تنقية المياه. أما معدل إزالة الأملاح، فقد تجاوز نسبة %80 مع المحافظة على فعالية الأغشية في استهلاك الطاقة، كما يسعى الفريق البحثي إلى إجراء المزيد من التطوير على تلك الأغشية.

يذكر أن منطقة الشرق الأوسط تشهد جفافاً بنسبة %70. لذلك، تعد عملية إيجاد الحلول التي تعتمد على صناعة الأغشية لإنتاج مياه نقية موضوعاً هاماً وجديراً بالبحث، خاصة أن الدمج بين المواد النانوية وأغشية التبادل الأيوني قد يشكل عاملاً أساسياً في النهوض بعمليات تحلية المياه مستقبلاً.