فناوری تصفیه آب های آلوده با استفاده از فیلتر شکری

دانشمندان موفق شده اند ماده ارزان قیمتی را بسازند که قدرت جداسازی مواد بسیار سمی صنعتی از آب را دارد.این ماده تصفیه کننده، با تبدیل یک مولکول طبیعی شکر به یک پلیمر ساخته شده است و در مورد یکی از معضلات بزرگ آلودگی، نسبت به فناورهای تصفیه کنونی ما عملکرد بسیار بهتری دارد.

گویا آی تی – آلاینده های صنعتی مشکلات بزرگی را برای جوامعی که در نزدیکی مناطق صنعتی سکونت دارند ایجاد می کنند. در ایالات متحده، روستای هوسیک فالز در نیویورک، و شهر بنینگتون در ایالت ورمونت، به دلیل وجود آلودگی های شیمیایی در آب آشامیدنی، در سال ۲۰۱۶، از نظر آلودگی در وضعیت اضطراری قرار داده شده اند.
مهمترین عامل این رویدادها چه چیزی است؟ ماده ای به نام پرفلوئورو اکتانیک اسید – که به صورت خلاصه به شکل PFOA نوشته می شود.
PFOA مولکولی است که کاربرد گسترده ای در تولید دوست نچسب ما، یعنی تفلون، داشته و به عنوان ماده ضد آب و ضد روغن برای فرش ها، بسته بندی مواد غذایی و حتی نخ دندان مورد استفاده قرار می گیرد.

اما به نظر می رسد که برای زندگی با دوستان نچسب و لکه بر، باید هزینه هایی جدی را بپردازیم.
PFOA برای موجودات زنده، یک ماده سمی است و پس از ورود به محیط زیست، هرگز تجزیه نمی شود، به این معنا که جدا کردن PFOA از آب های جریان داشته، تنها راه برای بهبود کیفیت آب در این مناطق است.
دانشمندان ماده پلیمری جدیدی را با استفاده از یک مولوکل ساده شکر، به نام بتا- سیکلودکسترین ساخته اند. این ماده در از بین بردن PFOA موجود در آب، نسبت به مواد تصفیه کننده کنونی، مانند کربن فعال ده برابر موثر تر عمل می کند.
یکی از محققان این پروژه به نام ویلیام دیچتل، از دانشگاه شمال غربی ایلونوی، می گوید:” ماده تولید شده این آلاینده را به طور کامل ار آب جدا می کند. این پلیمر دارای نقاطی است که پیوندی قوی با PFOA برقرار می کنند و به این ترتیب، می توان به راحتی این آلاینده را از آب جدا کرد، حتی اگر غلظت بسیار کمی از این ماده در آب وجود داشته باشد.”
بتا-سیکلودکسترین، یک مولکول طبیعی شکر است که از دیدگاه زیستی قابل تجدید بوده و از نشاسته ذرت به دست می آید. سیکلودکسترین با اتصال مولکول ها به مولکولی دیگر – که با نام اتصال عرضی در شیمی شناخته می شود – به یک پلیمر تبدیل می شود. تعیین بهترین نسبت بتا-سیکلودکسترین به ماده متصل شده، کلید اصلی بالابردن و به حداکثر رساندن کارایی این پلیمر، به عنوان یک ماده تصفیه کننده است.

همانطور که از نام آن ها مشخص است، سیکلودکسترین ها، از مولوکهای شکر تشکیل شده اند که به صورت یک حلقه، با یکدیگر پیوند برقرار کرده اند. طبیعت حلقه ای شکلِ بتا –سیکلو دکسترین ها، می تواند حفره ای مولکولی ایجاد کند که اندازه آن دقیقا برای به دام انداختن و نگه داشتن مولکول های PFOA مناسب است.
با تعویض سیکلودکسترین با مواد دیگر، برای ایجاد حفره های بزرگتر یا کوچکتر می توان مسیر را برای تصفیه آلاینده های دیگر ادامه داد.
دیچتل می گوید:” یافته های ما نشان می دهند که با انتخاب این نوع پلیمر می توان اندازه ی آن را با توجه به آلاینده های هدف، که در اینجا PFOA است، تغییر داد.”
حتی مقادیر بسیار کمی از بتا-سیکلودکسترین می تواند غلظت PFOA را به پایین تر از حد توصیه شده توسط آژانس محافظت از محیط زیست (EPA)، که ۷۰ بخش در هر ۱ تریلیون واحد است، کاهش دهند. این مقدار، تقریبا برابر با یک قاشق چای خوری از PFOA در حجمی به اندازه ۱۴ استخر شنای استاندارد المپیک است!
در مطالعه انجام شده، دانشمندان توانستند آب آلوده شده توسط PFOA، با غلظت یک میلی گرم در هر لیتر (مشابه منابع آب موجود) را به غلظتی کمتر از ۱۰ نانو گرم در لیتر برسانند – این عدد بسیار کمتر از محدوده ای است که EPA برای سلامت آب توصیه کرده است.
بهترین عملکردی که این پلیمرها توانستند به ثبت برسانند، جدا سازی بیش از ۹۵ درصد از PFOA در مدت ۵/۱۳ ساعت است.
برای بهبود عملکرد پلیمرها، امکان استفاده مجدد از آن ها، پس از شست و شو به وسیله ی متانول در دمای اتاق، وجود دارد. مهمتر آن که، این پلیمر، در برابر اسید هیومیک نیز انعطاف پذیر است، ماده ای که بخشی از مواد آلی طبیعی است و معمولا در آب های روان یافت می شود و عملکرد فیلتر های کربن فعال را متوقف می کند.
دانشمندان امیدوارند بتوانند به زودی این ماده را به یک محصول تجاری تبدیل کنند و استارت آپی را برای تولید و توزیع این ماده، بنیان گذاری کرده اند.
یافته های این مطالعه در ژورنال انجمن شیمی آمریکا به چاپ رسیده است.