رأس المالمختبر

مادة الجرافين لحل أزمة المياه

أصبحت أزمة نقص المياه تواجه حتى الدول المتقدمة، حيث إن الـ ( ٢٠٤) خزانات المياه العذبة في الولايات المتحدة لا تلبي الطلب الشهري على المياه، على الرغم من محاولة بناء محطة تحلية في ولاية كاليفورنيا لمواجهة مشكلة الجفاف إلا أنهم أوقفوا البناء بعد مدة بسبب التكلفة العالية لمحطة تحلية المياه والاستهلاك العالي للطاقة في عمليات التحلية. لذلك تتوجه العديد من الدول نحو أبحاث معالجة وتصفية المياه لأن الحل السريع والأمثل لهذه المشكلة هو إعادة استخدام المياه عوضا عن البحث عن مصادر طبيعية للمياه العذبة.

من أحدث التطورات في مجال تصفية المياه هي استخدام مادة الغرافين كمرشح للمياه بتقنية غشاء التقطير، التي لا تحتاج إلى استهلاك طاقة عالية لغلي المياه كما هو الحال في تقنية تحلية المياه التي تستخدم في دول الخليج العربي، فمبدأ هذه التقنية يعتمد على عبور بخار الماء من خلال غشاء الغرافين بوجود فارق في درجة الحرارة بين محلول بارد ومحلول ساخن.

الغرافين عبارة عن مادة ثنائية الأبعاد متكونة من طبقة واحدة إلى عشر طبقات من مادة الغرافيت التي تجدها في قلم الرصاص. أعطت ثنائية البعد خصائص مميزة لمادة الغرافين، كالفعالية العالية في توصيل الكهرباء والحرارة بالإضافة إلى كونها مادة شفافة ومتينة بحيث إنها أقوى من الفولاذ ب١٠٠ مرة. ولكن الذي يجعل الغرافين مادة مناسبة للاستخدام كمصفي للمياه هو طبيعة الغرافين ذي الطبقات القليلة التي تتكون من مسامات بمقاسات نانومترية صغيرة جداً، مما يمّكن جزيئات الماء من المرور عبرها بينما يمنع مرور كل أنواع الملوثات. عوضا عن ذلك، من أهم خصائص هذه المصفيات المرشحة (membrane (based filter  هي اللامائية hydrophobicity، بمعنى نفور جزيئات المادة من الماء و تجنبها[1]. هذه الخاصية تساعد على مرور الماء من خلال مسامات الغرافين بصورة أسرع مما يجعل عملية المعالجة أكثر فعالية.

تتباين خصائص وتكلفة الغرافين باختلاف عملية الإنتاج، لذلك عمليات الإنتاج هي أكبر تحد يواجه الباحثين. قام فريق بحثي في جامعة سيدني بأستراليا بإنتاج غشاء غرافين من زيت الصويا عن طريق ترسيب البخار الكيميائيCVD  [2]. مع أن المادة الخام رخيصة، إلا أن العملية عالية التكلفة للحاجة إلى درجات حرارة عالية تصل إلى ١٠٠0 درجة سليزية. ولكن هناك جهود من جامعة مانشستر في إنجلترا لاستخدام أكسيد الغرافين الذي يُنتج كيميائيا بتكلفةٍ أقل [3].

الكاتب: أروى الراشدي

arwa458@gmail.com

المصادر

1-         Homaeigohar, S. and Elbahri, M. (2017). Graphene membranes for water desalination. NPG Asia Materials, 9(8), pp.e427-e427.

2-         Lu, X., Peng, Y., Qiu, H., Liu, X. and Ge, L. (2017). Anti-fouling membranes by manipulating surface wettability and their anti-fouling mechanism. Desalination, 413, pp.127-135.

3-         BBC News. (2020). Graphene sieve makes seawater drinkable. [online] Available at: https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-39482342 [Accessed 22 Feb. 2020].

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق