إزالة التلوث بالصبغة الصفراء الفعالة 145 من مياه الصرف باستخدام بوليمر نانوي جديد

أ.د. محمد ناظم بهجت
علي فاضل عبد الله العامري
كلية التربية للعلوم الصرفة

التّلوث المائي اي هو تغيير فيزيائي أو كيميائي في جودة المياه ،مباشر أو غير مباشر ، يكون له تأثير ضار على الكائنات الحية و يجعل المياه غير صالحة للغرض المقصود منه. ان تلوث المياه له تأثير هائل على حياة الفرد والأسرة والمجتمع , حيث تعد الملوثات هي سبب رئيسي لنهاية العمر المدنية على الأرض ، وهناك ملوثات أيضا صناعية ، والملوثات الزراعية ، والملوثات الحرارية ، والملوثات المشعة كلها أمثلة على تلوث المياه(1). والملوثات الخطرة ، مثل المواد الكيميائية أو الميكروبات فأن مجرى أو نهرًا أو بحيرة أو محيطًا أو طبقة المياه الجوفية أو أي جسم مائي آخر ، فأنها تقلل من جودته ويجعله ضارًا بالبشر والبيئة. يعد الماء شديد الحساسية للتلوث. يُعرف الماء باسم “المذيب الشامل” لأنه يستطيع إذابة مواد كيميائية أكثر من أي سائل آخر على الكوكب (2). هناك نوعان رئيسيان من تلوث المياه. الأول هو التلوث الطبيعي الذي يظهر على شكل زيادة في درجة حرارة الماء ، أو زيادة في الملوحة ، أو ارتفاع في المادة العالقة. تشكل المياه البحرية (المياه المالحة) 97٪ من المياه على الأرض ، بينما تشكل المياه العذبة 3٪ فقط (3). ويعد تلوث مياه الصرف الصحي ، انسكاب الزيت ، التلوث من المخلفات الصناعية والزراعية وغيرها من الملوثات الكيميائية ومبيدات الآفات والأسمدة الزراعية وغيرها , ومن أهم مصادر تلوث المياه تصريف المواد الكيماوية والمعادن الثقيلة ويقال إن المصانع تعتبر مياه الصرف الصحي غير المعالجة والتي يتم تصريفها في الأنهار وتضر بالنظام البيئي في نهاية المطاف ، أحد أهم مصادر التلوث .(4) أصبحت المياه أكثر تلوثًا نتيجة نمو الصناعة ، حيث يستخدم الإنسان المواد الكيميائية في كل جانب من جوانب حياته تقريبًا ، وتستخدم المواد الكيميائية في جميع الصناعات ، بما في ذلك صناعات النفط والبناء ، وصناعة المبيدات ، والأدوية ، والأنسجة الصناعية ، والأصباغ ، والمواد الغذائية ، وتلقي معظم هذه الصناعات نفاياتها في البيئة المائية. (6,5)تعد الأصباغ من أكثر الملوثات العضوية ضررًا في الأنظمة المائية. يتم استخدام غالبية الأصباغ المنتجة في مجموعة متنوعة من القطاعات ، ودخولها إلى المسطحات المائية له تأثير سلبي كبير على النظام البيئي وهي مواد عضوية قابلة للذوبان في الماء ، خاصة تلك المصنفة على أنها (مباشرة ، تفاعلية ، حمضية وقاعدية تتمتع الأصباغ بقابلية عالية للذوبان في الماء ، مما يجعل عمليات الإزالة النموذجية أكثر صعوبة. تعتبر الأصباغ الصناعية ومنتجاتها من أكثر الملوثات خطورة ومسببة للسرطان.(7),نتيجة لذلك ، لها عواقب سلبية على البيئة فقد تم استخدامها لتلوين الألياف والمنسوجات من مختلف الأنواع ا لألوان. نظرًا لأن إجزاء الربط يكون إما مباشرًا أو بمساعدة المثبتات مع المواد المراد صبغها ، فهي ساطعة بحيث لا تتضرر من الغسيل والضوء والهواء والأحماض والقواعد.(8) تعد الأصباغ أيضًا نوعًا من ملوثات المياه المتكررة التي يمكن إزالتها من المحاليل المائية في مجموعة متنوعة من الطرق (9) تعتبر تقنية الامتزاز من أهم هذه الطرق التي تشمل تقنيات معالجة المياه الترسيب والأكسدة الكيميائية والتناضح الغشائي والامتزاز. ونظرًا لتوفر العديد من المصادر الطبيعية للمسامية (Porosity) مثل الكربون المنشط والزيوليت وأكسيد الألومنيوم والفحم الحيواني (Char coal) وهلام السيليكا (Silica gel) و الراتنجات (Resins) والطين المسامي (Porous Clays) والرماد المتطاير والمخلفات الزراعية وغيرها من السطوح المازة ، فإن طريقة الامتزاز هي المستخدمة وتعتبر واحدة من أهمها طرق معالجة تلوث المياه لتكلفتها المنخفضة بسبب توافر العديد من المصادر الطبيعية المسامية مثل الكربون المنشط ، الزيوليت ، أكسيد الألومنيوم ، الفحم الحيواني (الفحم الحجري) ، السيليكا ، البوليمرات النانوية يُعرَّف الامتزازAdsorption بأنه عملية ربط ذرات أو جزيئات أو أيونات مادة من الحالة الغازية أو السائلة إلى المواقع الفعالة على السطح المادة الصلبة ، أو هو الترابط الفيزيائي أو الكيميائي لجزيئات مادة ما بالمواقع الفعالة على السطح ، من خلال العديد من القوى مثل قوى فاندر فالس الضعيفة ، أو من خلال تكوين روابط كيميائية مع مواقع نشطة على السطح .وتعرف المادة الممتزة (adsorbate ) هي المادة التي تمتز على السطح ، في حين أن الممتزات (adsorbent) هي السطح الذي يحدث عليه الامتزاز .ويعتبر الامتزاز الفيزيائي والكيميائي هما شكلا الامتزاز .يتأثر كل من حدوث ونوع الامتزاز بدرجة الحرارة. قد يحدث الامتزاز الفيزيائي(physical adsorption) عند درجات حرارة منخفضة ويتحول إلى امتزاز كيميائي ( chemicl adsorption) عند درجات حرارة أعلى. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على عملية الامتزاز ، بما في ذلك طبيعة السطح الممتز وطبيعة المادة الممتزة. وتأثير القوة الأيونية وتأثير الدالة الحامضية وحجم الدقائق ودرجة الحرارة (10). هناك العديد من ايزوثيرمات الامتزاز ، بما في ذلك ايزوثيرم لانكماير( Lankemyer isotherm )، و وايزوثيرم فرندليش (isotherm Freindlich )، و ايزوثيرم تمكن( tayumkin isotherm) ، وغيرها من ايزوثيرمات ، وتعددها مفيد في الحصول على معلومات مفيدة حول طبيعة الامتزاز ، وكذلك في الحصول على قيم وظائف الديناميكا الحرارية من عملية الامتزاز ، ومعلومات حول اتجاه الجزيئات الممتصة ، وعدد الطبقات ، وغيرها من المعلومات الخاصة بعملية الامتزاز(11). فبالإمكان ازالة صبغة الصفراء الفعالة للماء باستخدام بوليمر نانوي متراكب جديد تم استخدام تقنية الأسترة لصنع البوليمر النانوي ، وطريقة التحضير تم استخدام خطوتين لصنع جسيمات نانوية المرحلة الأولية هي: تم تجميعها معًا في دورق ذو عنق دائري سعة 200 مل (2.0 مول) من حمض التيريفثاليك و (50 مل) من المذيب ثنائي ميثيل سلفو كسيد (DMSO). مزود بميزان حرارة داخل هذا الدورق. باستخدام محرك مغناطيسي ، سخن الخليط بلطف إلى 40 درجة مئوية حيث يتكون سائل صافٍ ،واضافة (1.0 مول) من الجلسرين إلى المحلول. ثم سخنا الخليط بعناية إلى 120 درجة مئوية ، وبعد ذلك إضافة 25 مل من الزيلين إلى دورق التفاعل على دفعات من قطرتين لكل منهما ، حتى تصريف الماء الناتج عن عملية الأسترة ، ويسخن الدورق بلطف. بعد (80 دقيقة عند 145 درجة مئوية) ، تم إيقاف التسخين لأن الماء توقف عن الخروج. ، تم السماح لدورق التفاعل بالتبريد إلى حوالي 50 درجة مئوية في المرحلة الثانية ذوبنا (0.5 مول) من مالئيك أنهيدريد ، في 10 مل من ثنائي ميثيل سلفوكسيد DMSO عند 40 درجة مئوية ، واضفنا إلى الخليط (الذي تم تحضيره في الخطوة الأولى أعلاه. تم تسخين الدورق برفق إلى 90 درجة مئوية ، وإضافة قطرات الزيلين على شكل دفعة (قطرتان في كل دفعة) ، وحتى توقف الماء عن التسرب عند 105 درجة مئوية بعد 40 دقيقة. لتحضير جزيئات PTGM النانوية. اترك دورق التفاعل ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة ، ثم أضف الماء المقطر البارد ، حيث يتكون محلول المعلق بعد 6 ساعات ، ثم اترك محلول المعلق لترسب طوال الليل ثم يصفى ويغسل بالماء المقطر ويترك حتى يجف (12)استخدم هذا السطح لامتزاز صبغة الصفراء الفعالة145(Reactive yellow145) المسرطنة الملوثة للمياه تمت عملية الامتزاز بدرجات حرارية مختلفة 298) , 308 , 318 ) كلفن . اظهرت النتائج ان عملية الامتزاز كانت اعلى عند درجة الحرارة 298 كلفن صبغة الصفراء الفعالة (Reactive yellow145) دلاله على ان كمية المادة الممتزة تقل بزيادة درجة الحرارة, بسبب تقل انتشار للجزيئات على سطح البوليمر النانوي وبالتالي حصول عمليتي ابتزاز بدلا من الامتزاز في نفس الوقت لذلك قلت عملية الامتزاز بزيادة درجة الحرارة(13), ودرسنا ايضا ايزوثيرمات امتزاز الصبغه لمعرفته عملية الامتزاز على اي معادلة تنطبق لكل من العالم فرند لش , لانكماير و تمكن , لاحظنا ان عملية امتزاز الصبغة تنطبق على معادلة العالم فرندلش(14). كذلك درسنا الدوال الثرموديناميكية لامتزاز الصبغة عند درجات حرارية مختلفة 298) , 308 , (318 كلفن, اضهرت نتائج الامتزاز للصبغة الصفراء الفعالة المسرطنة قيم مختلفة للدوال الثرموديناميكية الخاصة بعملية الامتزاز , حيث كانت القيم سالبة للانثالبية (∆ H) دلاله على ان عملية الامتزاز على سطح البوليمر النانوي هي عملية باعثة للحرارة , وكانت القيم سالبة للطاقة الحرة (∆G ( هذه القيم تشير الى ان عملية الامتزاز على سطح البوليمر النانوي تكون تلقائية ,اما القيم الموجبة للانتروبية ((∆Sتشير الى ان الجزيئات الممتزة تكون أقل انتظاما عند حدوث عمليات الامتصاص والامتزاز(15).

المصادر:
(1) CHOWDHARY, P, et al. Role of industries in water scarcity and its adverse effects on environment and human health. In: Environmental concerns and sustainable development. Springer, Singapore. p. 235-256, (2020).‏
(2) MADHAV, S , et al. Water pollutants: sources and impact on the environment and human health. In: Sensors in Water Pollutants Monitoring: Role of Material. Springer, Singapore. p. 43-62, (2020).‏
(3) OSSAI, I, C , et al. Remediation of soil and water contaminated with petroleum hydrocarbon: A review. Environmental Technology & Innovation, 17: 100526, (2020).‏
(4) ALTENBURGER, R , et al. Future water quality monitoring: improving the balance between exposure and toxicity assessments of real-world pollutant mixtures. Environmental Sciences Europe, 31.1: 1-17, (2019).
(5)Ghernaout, Djamel. “Disinfection and DBPs removal in drinking water treatment: A perspective for a green technology.” International Journal of Advances in Applied Sciences 5 (2018): 108-117.
(6)Gettens, Rutherford J., and George Leslie Stout. Painting materials: a short encyclopedia. Courier Corporation, 2012.‏ ‏
(7)Lippmann, Morton, Beverly S. Cohen, and Richard B. Schlesinger. Environmental Health Science: recognition, evaluation, and control of chemical and physical health hazards. Oxford University Press, 2003.‏
(8)Khattri, S. D., and M. K. Singh. “Removal of malachite green from dye wastewater using neem sawdust by adsorption.” Journal of hazardous materials 167.1-3 (2009): 1089-1094.‏
(9)Alderman, D. J. “Malachite green: a review.” Journal of Fish Diseases 8.3 (1985): 289-298.‏
(10)Md, Hisham, et al. “Auramine-o and malachite green poisoning: Rare and fatal.” Indian Journal of Pharmacy Practice 6.4 (2013).‏
(11) Schwarzenbach, René P., et al. “Global water pollution and human health.” Annual review of environment and resources 35 (2010): 109-136.
(12) Reife, Abraham, and Harold S. Freeman. “Pollution Prevention in the Production of Dyes and Pigments.” Textile Chemist & Colorist & American Dyestuff Reporter 32.1 (2000).

(13) Ruthven, Douglas M. Principles of adsorption and adsorption processes. John Wiley & Sons, 1984.
(14)Kyzas, George Z., Jie Fu, and Kostas A. Matis. “The change from past to future for adsorbent materials in treatment of dyeing wastewaters.” Materials 6.11 (2013): 5131-5158
(15)Dash, Jay Gregory. Films on solid surfaces: the physics and chemistry of physical adsorption. Elsevier, 2012.‏