معالجة المياه الملوثة بالصبغة الانتشارية الزرقاء باستخدام سطح بوليمري نانوي جديد

أ. د. محمد ناظم بهجت، أ.م.د ساجد حسن كزار، م.ك أمير سالم محمد
كلية التربية للعلوم الصرفة

يعتبر الماء القاعدة الأساسية للحياة، ويمكن أن يشكل خطرا على صحة الإنسان عندما يتعرض للتلوث, ويصبح في هذه الحالة وسيلة لنقل الأمراض ,لذلك فان رقابة صحة وسلامة مياه الشرب تفوق في أهميتها رقابة صحة وسلامة الأغذية, نظرا للاستهلاك الواسع واليومي لمياه الشرب, إن تلوث الماء من أوائل الموضوعات التي اهتم بها العلماء والمختصون في مجال التلوث, وليس من الغريب إذن أن يكون حجم الدراسات التي تناولت هذا الموضوع أكبر بكثير من تلك التي تناولت باقي فروع التلوث, ويعد تلوث المياه من اكبر مشكلات التلوث ولعل السر في ذلك الى الدور الكبير للماء في حياتنا اليومية , أن الماء يدخل في جميع العمليات البيولوجية والصناعية, ولا يمكن لأي كائن حي أن يعيش بدون ماء, فالكائنات الحية حيوانية ونباتية تحتاج إلى الماء لكي تعيش, وقد أثبت علم الخلية أن الماء هو المكون الهام في تركيب مادة الخلية ,وهو وحدة البناء في كل كائن حي نبات كان أم حيوان(1), وأثبت علم الكيمياء الحيوية أن الماء لازم لحدوث جميع التفاعلات والتحولات التي تتم داخل أجسام الأحياء فهو إما وسط أو عامل مساعد أو داخل في التفاعل أو ناتج عنه, كما أثبت علم وظائف الأعضاء بأن الماء ضروري لقيام كل عضو بوظائفه التي بدونها لا تتوفر له مظاهر الحياة ومقوماتها, يتلوث الماء بكل ما يفسد أو يغير خواصه الطبيعية عند تعرضه لملوثات كيماوية أو عضوية أو جرثومية, مما يجعله غير صالح للإنسان أو الحيوان أو النباتات أو الكائنات التي تعيش في البحار والمحيطات, ويتلوث الماء عن طريق المخلفات الإنسانية والنباتية والحيوانية والصناعية التي تلقى فيه, كما تتلوث المياه الجوفية نتيجة تسرب مياه الصرف الصحي إليها بما تحويه من ملوثات, ومن أهم مصادر تلوث الماء هي مخلفات مصانع المواد الغذائية والمصانع الكيماوية, وصناعة المعادن والألياف الصناعية,التي تؤدي إلى تلوث الماء بالدهون, والبكتريا والأحماض والقلويات والأصباغ والبترول ومركبات البترول والكيماويات والأملاح السامة كأملاح الزئبق والزرنيخ , وأملاح المعادن الثقيلة كالرصاص والكادميوم. ويأخذ تلوث المياه ايضا صورا عديدة كالتسمم بالمنظفات او المبيدات وغيرها من المخلفات الصناعية بمختلف أنواعها (2) ,وتعد الاصباغ من بين المواد العضوية الملوثة للمصادر المائية وذلك بسبب استعمالها الواسع بشتى الصناعات فهي تستعمل في الصباغة وفي الصناعات النسيجية وكمضافات في الصناعات النفطية وفي الوان التصوير الفوتوغرافي وكذلك استعمالها في العديد من مختلف المجالات الواسعة, يستخدم في تحضيرها عدد من المركبات المختلفة التي عد سلوكها البيئي غير معر وف بصوره كبيره ويبدد مايقارب (10-15%) من تلك الاصباغ كمخلفات في المياه التي تنتج من مخلفات الصناعات والتي تطرح في التربة او مصادر المياه وتسبب مشكلات كثيرة للانسان والحيوان (3). تم الاهتمام بصورة فعلية بدراسة السلوك البيئي لتلك الاصباغ بعد توارد اشعار في ما يتعلق بخطورة هذه المواد وسميتها . في الاصل الاصباغ هي احدى العوامل المسببة للأمراض السرطانية بسبب تحلل هذه الاصباغ , وان وجودها في مياه الصرف هو شيء غير مرغوب فيه لذلك من الافضل محو هذه الاصباغ قبل طرحها الى البيئة,اتجه العديد من الباحثين بعد تفاقم مشاكل التلوث في السنوات السابقة الى التفكير في ايجاد طرق ملائمة ومناسبة لإزالة هذه الملوثات التي اصبحت مشكلة حقيقية ولاسيما عند مستويات وتراكيز واطئة , اهم التقنيات التي استخدمت لمعالجة التلوث هي الامتزاز على سطح صخري او طيني او الامتزاز على سطح بوليمري نانوي وايضا بعض الطرائق الكيميائية مثل السيليكا جل , والكاربون المنشط و التشبع بالأوزون , والتنافذ العكسي (4). تقنية الامتزاز تعتبر اهم التقنيات المستخدمة بسبب الكفاءة العالية في تنقية المياه واستخدامه السهل لهذا الغرض وكلفته الواطئة اقتصاديا بمقارنته مع الطرق الاخرى, وفي الآونة الاخيرة توجه العديد من الباحثين الى تطوير مادة مازة جديدة باستخدام بعض المواد طبيعة المنشأ واي صناعة في وقتنا الحالي لا تكاد تخلو من وحدات معالجة ملوثات المياه قبل طرحها الى البيئة, الامتزاز هو عملية التصاق او تجمع المادة الممتزة سائلة او غازية على سطح مادة صلبة المادة المازة او هي عملية ارتباط فيزيائي او كيميائي لعدد من الجزيئات مع المواقع الفعالة على سطح مادة صلبة ,وهذه العملية تؤدي الى تكوين طبقة او عدة طبقات من الجزيئات او الذرات المتراكمة والمتمركزة بكثافة على سطح المادة الصلبة .تعتمد درجة الامتزاز على العلاقة بين طبيعة وحجم المادة الممتزة والمساحة السطحية للمادة المازة ويعرف الامتزاز ايضا على انه انتقال الملوثات الذائبة (المادة الممتزة) من المحاليل المائية الى سطح مادة صلبة (السطح الماز) . الامتزاز هو عملية تلقائية تحدث عند ظروف مناسبة من ضغط ودرجة حرارة(5) .يمكن تقسيم عملية الامتزاز الى نوعين فاذا تم الارتباط بين الجزيئات بأواصر ضعيفة متمثلة بقوى فاندرفالز يدعى بالامتزاز الفيزيائي وهو عبارة عن قوى فيزيائية ضعيفة او قوى تجاذب طبيعية تحدث بين السطح الماز وبين الذرات او الايونات التي تمتز على السطح ,الجزيئة او الذرة التي يتم امتزازها على السطح الماز لا ترتبط بالسطح ارتباطا كيميائيا لكن تشغل مساحة محددة من السطح ,وهذه المساحة تعتمد على حجم الجزيئات او الذرات او الايونات الممتزة ,لذلك الامتزاز الفيزيائي غير انتقائي ويفيد في ايجاد المساحة الفعلية للسطح الماز الذي حدث عليه الامتزاز ولا يحتاج الى طاقة تنشيط . واذا كان الارتباط بين الجزيئات بقوى كيميائية قوية يدعى بالامتزاز الكيميائي وذلك لان السطوح فيه تميل الى تكوين اواصر تساهمية او كيميائية او ايونية او تناسقية او خليط منها مع الجزيئات والذرات والايونات للمادة التي يتم امتزازها, وتحدث هذه العملية بشكل كبير على سطح المادة الصلبة ,يمتاز هذا النوع من الامتزاز بالانتقائية ويحتاح الى طاقة تنشيط , تتأثر عملية الامتزاز بعدة عوامل منها درجة الحرارة , الشدة الايونية , الدالة الحامضية , طبيعة المادة الممتزة , طبيعة المادة المازة , تأثير زمن الاتزان , المساحة السطحية للسطح الماز وتركيز المادة الممتزة(6). وهناك ايضا العديد من ايزوثيرمات الامتزاز التي هي وصف لعملية الامتزاز في حالة التوزان بين المحلول والطور الصلب للسطح الماز, منها ايزوثيرم تمكن,لانكماير وفرند لش وغيرها من الايزوثيرمات , استخدمت هذه الايزوثيرمات للحصول على معلومات مفيدة عن طبيعة الامتزاز وكما تفيد في الحصول على قيم الدوال الثيرموديناميكية الخاصة بعملية الامتزاز, وايضا على معلومات خاصة بتوجه الجزيئات الممتزة وعدد الطبقات وغير ذلك من المعلومات(7).فبالإمكان تنقية المياه الملوثة بالصبغة الانتشارية الزرقاء بطريقة الامتزاز باستخدام السطح الماز البوليمري النانوي الجديد.تم الحصول على السطح البوليمر النانوي الجديد من خلال مزج انهيدريد الفثاليك مع ثنائي مثيل سلفوكسيد , بعدها سخنا هذا المزيج الى درجة حرارة 70 درجة مئوية حصلنا على محلول أول سائل صاف وفي نفس الوقت مزجنا المذيب ثنائي مثيل سلفوكسيد مع كحول البينتااريثريتول و سخنا المزيج الى درجة حرارة 80 درجة مئوية توقفنا عن التسخين بعد حصولنا على محلول ثاني سائل صاف. بعدها مزجنا المحلولين معا وسخنا المزيج الى درجة حرارة 130 درجة مئوية مع اضافة الزايلين على شكل دفعات في كل دفعة ثلاثة قطرات لسحب الماء المتكون خلال عملية الاسترة . توقفنا عن التسخين بعد مرور 65 دقيقة عند درجة حرارة 140 درجة مئوية ,بعدها حصلنا على المحلول المعلق للبوليمر النانوي تركنا المحلول حتى يترسب طوال الليل , ثم بعد ذلك قمنا بتصفية وغسل الراسب بالماء المقطر وتركه حتى يجف وبذلك حصلنا على السطح المازالبوليمري النانوي (8) عند درجات حرارية مختلفة 298) , 308 , 318 ) كلفن استخدمنا هذا السطح لأمتزاز الصبغة الانتشارية الزرقاء الملوثة للمياه لدراسة تأثير درجة الحرارة على عملية امتزاز الصبغة على السطح البوليمري النانوي.اضهرت نتائج عملية امتزاز الصبغة على سطح الماز البوليمر النانوي انخفاضا مع زيادة درجة الحرارة , دلاله على ان عملية الامتزاز هي عملية باعثة للحرارة, وايضا تم تعيين ايزوثيرمات الامتزاز للصبغة لمعرفة عملية الامتزاز تتبع اي معادلة لكل من العالم تمكن ,فرند لش و لانكماير, وجدنا ان عملية امتزاز الصبغة تتبع معادلة العالم فرندلش(9). كذلك تم حساب قيم الدوال الثرموديناميكية ( ∆S , , ∆G ∆ H) لامتزاز الصبغة عند درجات حرارية مختلفة 298) , 308 , (318 كلفن اضهرت نتائج الامتزاز للصبغة الانتشارية الزرقاء قيم مختلفة للدوال الثرموديناميكية الخاصة بعملية الامتزاز , حيث كانت قيمة (∆ H) سالبة هذا يعني ان عملية الامتزاز على السطح البوليمر النانوي هي عملية باعثة للحرارة , اي ان ارتفاع درجة الحرارة يؤدي الى نقصان قابلية الامتزاز وايضا تشير الى ان نوع الامتزاز فيزيائي , و قيمة (∆G ( سالبة تشير الى ان عملية الامتزاز للصبغة على السطح البوليمري النانوي هي انتقائية في الطبيعة اما قيمة الانتروبي ((∆S الموجبة تشير الى ان جزيئات الصبغة الممتزة تكون عشوائية اكثر بعد عملية الامتزاز وتكون مؤشرا على ان عملية ارتباط الجزيئات الممتزة بالسطح الماز تكون بترتيب مختلف عن هيئتها في المحلول (10).
المصادر
(1)Koh, Joonseok. “Dyeing with disperse dyes.” Textile dyeing 10 , 195-220,(2011)
(2)Sarkar, Shrabana, et al. “Degradation of synthetic azo dyes of textile industry: a sustainable approach using microbial enzymes.” Water Conservation Science and Engineering 2.4 , 121-131,(2017)
(3)Elapasery, Morsy, et al. “Microwave Assisted Synthesis of Some Azo Disperse Dyes withAntibacterial Activities. Part 1.” Egyptian Journal of Chemistry 62.5 , 853-859,(2019)
(4)D.Smigiel-Kaminska, J. Pospiech, J.Makowska, P.Stepnowski, J Was-Gubała., J.Kumirska,. Molecules, 24, 613,( 2019)
(5)Mohammad Foroughi-Dahr, Hossein Abolaghasemi, Mohammad Esmaili, Alireza Shojaamoradi, & Hooman Fatoorehch.”Adsorption Characteristics of Congo Red from Aqueous Solution onto Tea Waste”, Chemical Engineering Communications,202,181-193,(2015)
(6) Nwodika Chekwube, Onukwuli Okechukwu Dominic, Oderah Raphael Stone, Emembolu Loveth Nwanneka, & Okongwu Dozie John. “Kinetics, Isotherm, and Thermodynamics Study for the Adsorption of Basic Fuchsin on CocoaPod Husk Activated Carbon”, International Research Journal of Pure & Applied Chemistry 9(4),1-12,(2015)
‏(7) Ahlam Mohammed Farhan & Haneen Fadhil Abbas,. “Thermodynamic Study of dsorption Fuchsin Acid LR Dye by Eucalyptus Leaves Powder”, diyalajournal for pure science Vol:13 No:2,(2016)
(8) Reife, Abraham, and Harold S. Freeman. “Pollution Prevention in the Production of Dyes and Pigments.” Textile Chemist & Colorist & American Dyestuff Reporter 32.1, (2000)
(9)Gita, Samchetshabam, Ajmal Hussan, and T. G. Choudhury. “Impact of textile dyes waste on aquatic environments and its treatment.” Environ. Ecol 35.3C , 2349-2353,(2017)
(10) Enenebeaku K. Conrad, Okorocha J. Nnaemeka , Enenebeaku E.Uchechi, Anukam Basil , Onyeocha O. Veronica , Ogukwe E. Cynthia andOguzie E. Emeka. ” Adsorption of Congo Red Dye from Aqueous Solution Using Agricultural Waste”, IOSR Journal of Applied Chemistry (IOSR-JAC).Volume 9,Issue 9, PP 39-51,(2016)