تعتبر مياه الصرف الناتجة عن العمليات الصناعية ملوثًا رئيسًا يضر بمجاري المياه والمنظومات المائية، حيث تبلغ نسبة مياه الصرف غير المعالجة والتي يتم تصريفها في البيئة الطبيعية أكثر من 40%، الأمر الذي يؤدي إلى ارتفاع مستويات التلوث بشكل كبير.
قد تصعب معالجة مياه الصرف في بعض الأحيان، خاصة في حال إزالة قطرات النفط الدقيقة من المياه الموزعة في المياه بشكل كبير والتي لا يمكن التخلص منها بسهولة. وعلى الرغم من توظيف العديد من العمليات من قبل القطاع الصناعي، لا تزال الابتكارات تواصل سعيها لإيجاد طريقة فعالة ومحسنة لإزالة النفط من مياه الصرف والحد من تلف الأغشية.
وفي هذا الإطار، تعاون فريق بحثي من جامعة خليفة يضم كلًا من زينب الأنصاري، باحثة دكتوراه وفاطمة أرشد، باحثة مشاركة والدكتورة ليندا زو، أستاذة في قسم هندسة البنية التحتية المدنية والبيئية، مع لونغ نغيم من جامعة التكنولوجيا في سيدني بأستراليا بهدف تطوير أغشية عالية الفعالية لإزالة النفط من مياه الصرف. ونشر الفريق نتائج البحث في المجلة الدولية "إنفايرومنتال ساينس: ووتر ريسيرتش آند تكنولوجي"، وهي مجلة علمية تركز على معالجة التحديات المتعلقة بمصادر المياه وجودتها وإدارتها.
وقالت الدكتور ليندا زو: "تصعب معالجة الكميات الكبيرة من مياه الصرف الصناعية الملوثة بقطرات النفط بسبب دقة تلك القطرات وانتشارها في جميع أجزاء المياه، حيث تشهد الأغشية التقليدية انخفاضًا في مستوى فعالية فصل قطرات النفط المتراكمة عن المياه وهي المشكلة التي نسعى إلى إيجاد حل لها".
استعان الباحثون بدمج كرات ثاني كبريتيد الموليبدينوم النانوية مع مصفوفة أسيتات السليلوز، حيث تتميز كرات ثاني كبريتيد الموليبدينوم النانوية بقدرتها على صد المياه وجذب قطرات النفط، في حين يتميز بوليمر أسيتات السليلوز بأنه سريع الالتصاق بالمياه. وقد تم تصميم الغشاء بأسلوب مزدوج، مائي ونفس الوقت مضاد للمياه، الأمر الذي يؤهله لالتقاط قطرات النفط الموجودة داخل كميات كبيرة من المياه. ويعد ذلك أمرًا في غاية الأهمية في مجال الفصل، لأن الأغشية تحظى بمكونات تساهم جمع قطرات النفط ومكونات أخرى تساهم في تسهيل مرور المياه.
وأضافت الدكتورة ليندا: "تعاني الأغشية المائية من انخفاض مستوى ارتباطها بالمواد النفطية وهذا يسبب تلفًا بالأغشية نتيجة تراكم تلك المواد على سطح الغشاء، وبالتالي يعيق حركة دخول جزيئات المياه. لذلك، فإن الأغشية المزدوجة التي تجمع ما بين الأغشية المائية والنفطية في نظام غشائي واحد هي الحل الأمثل لتحسين أداء الأغشية الرامية إلى معالجة مياه الصرف من تراكمات المواد النفطية".
وتمثل المواد النانوية المدمجة استراتيجية شائعة وفعالة في مجال تحسين أداء الأغشية من خلال التعديل على هيكل الأغشية وخصائصها عن طريق استخدام كرات ثاني كبريتيد الموليبدينوم النانوية التي وفرت مساحات سطحية كبيرة وخصائص رطوبة فريدة وفعالية ميكانيكية واستقرار كيميائي متميز.
وقالت الدكتورة ليندا: "ينبغي أن تكون الأغشية، للحصول على أداء متقدم في فصل المواد النفطية عن المياه، ذات فعالية عالية في كل من إزالة قطرات النفط وتحقيق نفاذية المياه في وقت واحد، حيث قمنا في بحثنا بتطوير هيكل بوليمري نانوي مختلط يجمع ما بين المكونات المائية والمكونات المضادة للماء ليتمكن من التقاط قطرات النفط وفي نفس الوقت يتيح لجزيئات المياه بالمرور والتغلغل".
وفي سياق متصل، ساهم وجود عدد كبير من الفتحات المسامية في الهيكل في إتاحة الفرصة أمام إنتاج كميات كبيرة من المياه، كما ساهمت بزيادة المساحة السطحية لكرات ثاني كبريتيد الموليبدينوم النانوية والتي تعزز بدورها التقاط المواد النفطية.
وأضافت الدكتورة ليندا: "سهلت كرات ثاني كبريتيد الموليبدينوم النانوية عملية التقاط قطرات النفط وسهلت مصفوفة أسيتات السليلوز المائية بتدفق كميات كبيرة من المياه مع المحافظة على فعالية الأغشية".
يذكر أن الفريق البحثي تمكن من إثبات قدرة هذه الأغشية في عمليات الفصل في العديد من الاختبارات والتجارب بنسبة التقاط لقطرات النفط المتغلغل في مياه الصرف وصلت إلى 90%. وأكد الباحثون أيضًا على أن هذه الأغشية تتميز بالاستدامة والاستقرار، الأمر الذي يجعلها قابلة للاستخدام بشكل متكرر دون فقدان فعاليتها في الأداء ومادة واعدة يمكن الاستفادة منها في التطبيقات الصناعية مستقبلًا.