امتزاز ملوثات الكبريتات من المياه على سطح الطبقات النانوية ثنائية الهيدروكسيد

د. حميدة عيدان سلمان و م.م. نهله جابر حسين
كلية التربية للعلوم الصرفة/ قسم الكيمياء

يعد الماء أحد أهم عناصر البيئة المسؤولة عن إدامة الحياة ,وإن أي تغيّر في تركيبه الطبيعي يعد ملوثاً ويشكل خطراً على الكائنات الحية بصورة مباشرة او غير مباشرة ويهدد سلامتها(1)(2) .
المياه الملوثة تعرف بأنها المياه الملوثة كيميائياً, أو فيزيائياً , والتي تسبب اضراراً على الحياة المائية وعلى مستهلكي المياه من إنسان وحيوان ونبات، فالتلوث الفيزيائي يكون ناتجاً من العوامل المادية من حرارة واشعاعات وعوامل بيولوجية، والتي تكون بسبب وجود كائنات دقيقة (الجراثيم) موجودة في المياه. وتكون عالية الخطورة على الحياة، ولاسيما تلك المسببة للأمراض، أما الملوثات الكيميائية فتكون إما مذابة او معلقة في الماء (3). ويحدث الأخير نتيجة طرح المواد الكيميائية الى مياه البحار و الأنهار وتكون عادة مياه الصرف المنزلي والمياه الصناعية هما السبب الرئيسي للتلوث الكيميائي وتوجد انواع عديدة من المواد الكيميائية في مياه الأنهار الملوثة وهذا التلوث هو حدوث تغيير في الخصائص الكيميائية والفيزيائية للماء (4) . والتلوث الكيميائي في البيئة المائية يعود سببه الى وجود مركبات عضوية كالأحماض ,والقلويات , وتعد النفايات الصناعية في بعض الصناعات مثل البطاريات الحاوية على الأحماض هي من أشهر مسببات التلوث الكيميائي ,والشكل الأكثر شيوعاً لتلوث المياه بالمركبات العضوية يعود سببه الى وجود البروتينات والدهون وغيرها من المركبات و هذه الملوثات تصل الى المياه عن طريق مياه الصرف الصحي او من خلال النفايات الصناعية وتوجد ايضاً بعض المركبات الغير عضوية بشكل حر مثل الزئبق, والرصاص وغيرها من المركبات(5)(6) .

والسبب الأخر للتلوث الكيميائي هو وجود العديد من الملوثات غير العضوية المسببة للتلوث، والتي قد تكون موجودة في أإنظمة المياه وتشمل الأيونات الموجبة التي تمثل الفلزات الثقيلة ((Heavy metal و التي تكون ذات خطورة و سميّة على الحياة ,والأيونات السالبة تشكل ايضا خطورة مثل الفوسفات والنترات والكبريتات و السيانيدات وغيرها (7) 8)).
فتعد الكبريتات من الملوثات الخطرة على صحة الانسان ,و الكبريتات SO-24)) هي مزيج من الكبريت والأوكسجين وهي جزء من المعادن التي توجد بشكل طبيعي في التربة والتكوينات الصخرية التي تحتوي المياه الجوفية. ويعد مصدر الكبريتات في التربة هو نتيجة اكسدة الكبريتيد الذي يشتق من صخور البايرسيت وهي صخور طبيعية ومن تكسر المواد العضوية الكبريتيدية تقوم البكتريا التي تستخدم الكبريت كمصدر للطاقة على تغيير الكبريتات الطبيعية في المياه الى كبريتيد الهيدروجين وتوجد هذه البكتريا في البيئات التي تعاني نقص في الاوكسجين كالآبار وسخانات المياه وغيرها ,وان معادن الكبريتات التي تتراكم في انابيب المياه تسبب في جعل الماء مر المذاق, وتكون الكبريتات ذات تأثير سمي اذا تزامن وجودها مع الكلور(9)(10). وإن اغلب مركبات الكبريتات هي ذائبة في الماء, وعند زيادة مياه السقي فأنها تعمل على غسل التراب وزيادة المذابات في هذه المياه يأثر على المياه الجوفية والتي تزداد فيها المواد الذائبة ومنها الكبريتات (11), وعند ارتباط الكبريتات الذائبة في المياه مع الكالسيوم او المغنسيوم فإنها تسبب عسرة دائمة للماء وتكون بشكل املاح(12),وإن أملاح المغنسيوم تسبب العديد من الآثار السلبية ومنها اضطرابات في المعدة (13).
وقد استعمل الامتزاز في معالجة ملوثات المياه الصناعية، ولاسيما المركبات السامة، والمركبات غير العضوية الموجودة ضمن أنظمة المياه التي تسبب العديد من المشكلات الخطرة على الصحة مثل الزئبق والرصاص والزرنيخ وغيرها ,والاصباغ التي لا يمكن فصلها بطرق التصفية كالترشيح والتعقيم وغيرها(41)(8).
و يُعَرف الامتزاز على أنه عملية تجمع الدقائق الذائبة في المحلول والتي تدعى بالمادة الممتزة Adsorbate))على سطح مادة صلبة او سائلة والذي يدعى بالسطح الماز (Adsorbent)(15). ومن الطبيعي ان تكون حالات المادة التي تمتلك سطوح محددة في الفضاء هي الحالتين السائلة والصلبة لذلك فإن مجالات التماس السطحي التي تؤدي الى حصول الامتزاز هي صلب-سائل, سائل-سائل, صلب-غاز, صلب-صلب, سائل-غاز(16).
وإنَّ حصول ظاهرة الامتزاز يعود سببها الى وجود بقايا مجالات قوى غير مشبعة الكترونياً بسبب عدم اكتمال تناسق او اتصال العدد الكافي من الجسيمات مع جسيمات السطح و يكون الحال كما في داخل الطور الصلب او السائل حيث يؤدي الامتزاز الى اشباع مجالات هذه القوى الموجودة على السطح وبذلك يسبب هذا في نقصان الطاقة الحرة للسطح (∆G),أي ان عملية الامتزاز تكون تلقائية مع التناقص في درجات الحرية للمادة الممتزه الذي يعبر عنه ثرموديناميكياً بتناقص الانتروبي (∆S). (17)(18).
حيث تم تحضير مركبات نانوية(طبقات ثنائية الهيدروكسيد) لها القدرة على احتجاز الأيونات السالبة مثل ايونات الكبريتات (SO-24) بين طبقاتها(19)
تصنع هذه الطبقات بعدة طرق من اهمها واكثرها شيوعا هي عملية الترسيب المشترك( Co-Precipitation) ومن خلال هذه الطريقة يتم اقحام الايونات السالبة داخل الطبقات وفي الوقت نفسه يتم ترسيب هيدروكسيد الأيون الموجب ثنائي التكافؤ والايون الموجب ثلاثي التكافؤ عند pH معين , اويتم تصنيع هذه الطبقات عن طريق التبادل الايوني ( Ion –exchange). وتعتمد عملية تصنيع هذه الطبقات على عدة عوامل منها نسبة الايونات الموجبة والسالبة وطبيعتها, تأثير درجة الحرارة والزمن والدالة الحامضية على التفاعل. والطريقة التي تصنع بهل هذه الطبقات، والخصائص الكيميائية والفيزيائية لهذه الطبقات تعتمد على الايون الموجب الثنائي والايون الموجب الثلاثي وعلى نوع وطبيعة الايونات السالبة داخل الطبقات(20).
تعمل هذه الطبقات على جذب و احتجاز الأيونات السالبة سواء أكانت عضوية او لا عضوية بشكل مستقر بداخلها ويرجع السبب في ذلك الشحنة الموجبة المهيمنة على سطح الطبقات والتي لا يمكن ان تتحرر هذه الايونات منها إلا في اوساط معينة ,وان القوى الكولومبية والاواصر الهيدروجينية التي تنشأ بين الايونات السالبة وجزيئات الماء الموجودة داخل الطبقات ومجاميع الهيدروكسيد في الطبقة تتحكم في استقرارية هذه الطبقات19)). وهناك ايضاً بعض التطبيقات لهذه الطبقات منها يمكن استعمالها كمادة مانعة للتأكل ولها استعمالات ايضاً في الطب وكمحفزات لزيادة سرعة التفاعل. .21))

المصادر :
السعدي , حسين علي , ونجم قمر الدهان , وليث عبد الجليل الحصان ,( علم البيئة المائية ) , جامعة .1
البصرة , دار الحكمة ,(1988).
2. Dix .H.M., “Environmental Pollution” ,1st Ed, Wiley ,New York (1979).
3.Goel.P.K., ” Water Pollution : Causes, Effects and Control”, New Age International , p.2,(2006).
4. Agarwal. S.K, ” Water Pollution “, APH Publishing corporation , New Delhi, p.16,(2005).
5.Sharma. B.K., “Environmental Chemistry”, Krishna Prakashan Media, Goel Publishing house , Meerut, First edition, p.38,(1994).
6. Gareth .M. E. and Judith .C.F.,” Environmental Biotechnology Theory and Application”, John Wiley &Sons, Second edition ,p.70 ,(2011).
7. Gary .S.M., “Living with the Earth : Concepts in Environmental Health Science”, CRC press ,Third edition , p.376,(2007).
8. Rita .C.,” Hand book Elemental Speciation ,II Sepsis in the Environment”, Food ,Medicine and Occupational Health, Medical ,John Wiley and Sons,(2005).
9. Sharon O.S., Bruce L.D., Wayne W., “Drinking Water: Sulfur(Sulfate and Hydrogen Sulfate)” .
عبد الستار جبير الحياني , “تقييم المياه الجوفية لبعض آبار قرية الخفاجية في محافظة الأنبار “, 10.
جامعة الموصل , مجلة جامعة الأنبار للعلوم , المجلد (3),العدد (2) ,(2009).
مهند موسى كريم الحجامي ,” دراسة تركيز بعض العناصر النزرة والأيونات الموجبة والسالبة 11.
في المياه الجوفية لمناطق مختارة من محافظة بابل “,جامعة بابل , كلية العلوم , مجلة جامعة بابل للعلوم
العدد (1), المجلد 14)) ,2007)).
باوية قيس ,” معالجة عسرة مياه طبقة الألبيان : حوصلة تجريبية وإمكانية استغلال النتائج 12.
في منطقة وادي ريغ”, رسالة ماجستير ,كلية العلوم والعلوم الهندسية , جامعة ورقلة ,2004)).
13. Morris ME. ,Levy G.,” Absorption of Sulfate orally Administered Magnesum Sulfate in Man”, J. Toxicol- Clin Toxicol .20(2),107-114,(1983).
د. كوركيس ال أدم ,”الكيمياء الصناعية ” جامعة الموصل , ص145 ,1985)) .14
15.Ponec .V., and Knor.Z., Cernys ,”Adsorption on Solides”, Ist Ed, ButterWorths, London ,(1974).
16.Adamson,A.W.,”Phisical Chemistry of Surfaces” ,Wiley ,New York,(2001).
17. Dancan .J. Shaw, BSC,” Introduction to colloid and Surface Chemistry “,3rd Ed,(1980).
جلال محمد صالح , ” كيمياء السطح والعوامل المساعدة”, الطبعة الأولى , جامعة بغداد , 18.
ص36-25-13-68,(1980).
19. Kok –Hui G.,Teik –Thye L., Zhili D., ” Application of Layered Double Hydroxide for Removal of Oxyanions : A review”, Water Research,42, p.1343,(2008).
20. Aisawa S., Ohnuma Y., Hirose K., Takahashi S., Hirahara H., and Narita E., “Intercalation of Nucleotides into Layered Double Hydroxide by ion- exchange reaction “, Applied Clay Science ,28, p.137,(2005).
21. Aisawa S., Ohnuma Y., Hirose K., Takahashi S., Hirahara H., and Narita E., “Intercalation of Nucleotides into Layered Double Hydroxide by ion- exchange reaction “, Applied Clay Science ,28, p.137,(2005).