يعد السيلينيوم من العناصر التي يصعب إزالتها من المياه بسبب قابليته العالية للذوبان، مما يشكل تحديًا كبيرًا للعلماء والمهندسين في مجال البيئة. لكن بفضل جهود فريق بحثي بقيادة البروفيسور دانييل جيامار، تم تطوير تقنية فعالة باستخدام التخثر الكهربائي للحديد لتحقيق هذا الهدف، حيث تم نشر نتائج هذه الأبحاث في مجلات علمية مرموقة مثل “Environmental Science & Technology” و”ACS ES&T Engineering”.
تحديات إزالة السيلينيوم من المياه
إن قابلية السيلينيوم العالية للذوبان في الماء تجعل من الصعب إزالته باستخدام الطرق التقليدية. وللتغلب على هذا التحدي، استخدم فريق البروفيسور جيامار تقنية التخثر الكهربائي للحديد، التي تعتمد على توليد مواد صلبة تحتوي على الحديد تتمتع بمساحات سطحية كبيرة. خلال عملية التخثر، يرتبط السيلينيوم كيميائيًا بتلك الأسطح، ويمكن تحويله كيميائيًا إلى نوع من السيلينيوم يرتبط بشكل أقوى.
التخثر الكهربائي للحديد
في إحدى الدراسات التي نُشرت في مجلة “Environmental Science & Technology”، قام الطالب الخريج شيشينغ هي في مختبر كيمياء المياه التابع للبروفيسور جيامار بإزالة السيلينيوم من الماء باستخدام تقنية التخثر الكهربائي للحديد في مفاعل تدفقي بُني بواسطة شريك البحث “WaterTectonics” لتوليد أشكال مختلفة من الصدأ.
وفقًا لما ذكره جيامار، يتم تطبيق تيار على المفاعل الحديدي مما يدفعه إلى التآكل بسرعة أكبر من المعتاد وتوليد الصدأ. يمكن للحديد أن ينتج الصدأ الأخضر قبل الصدأ الأحمر، والصدأ الأخضر يتمتع بنشاط تفاعلي كبير. يتفاعل هذا الصدأ مع السيلينيوم لسحبه من الماء إلى هذه الجسيمات المحتوية على الحديد، والتي يتم إزالتها بعد ذلك باستخدام فلتر.
تمكنت هذه العملية من إزالة أكثر من 98% من السيلينيوم من خلال التدفق عبر المفاعل الحديدي لمدة 11 ثانية ثم الاستقرار لمدة ساعة، حيث بقي السيلينيوم مرتبطًا بإحكام في المواد الصلبة التي تعتبر غير خطرة.
دراسة تأثيرات الشروط الكيميائية للماء
في دراسة أخرى نُشرت في مجلة “ACS ES&T Engineering”، قام الطالب الخريج يي هانغ يوان بدراسة 15 مجموعة مختلفة من تركيبات الماء وتأثيرات الشروط التشغيلية الكهروكيميائية على إزالة السيلينيوم في مفاعلات الدُفعات. من خلال إجراء تجارب في بيئات مخلوطة جيدًا ومراقبة مستمرة للسوائل المحتوية على السيلينيوم، تمكن يوان من تطوير نموذج يعتمد على التفاعلات للتنبؤ بأداء التخثر الكهربائي لإزالة السيلينيوم تحت ظروف مختلفة من الأكسجين ودرجة الحموضة.
أوضح جيامار أن العمل أثبت فعاليته في تركيبات بسيطة نسبيًا لأن الهدف كان عزل تأثيرات درجة الحموضة والأكسجين المذاب. نحن نرى أن هذه الطريقة تعمل في المختبر، ويمكننا جعلها ذات صلة بالعالم الحقيقي.
التوجهات المستقبلية للأبحاث
بعد تحقيق نجاح كبير في إزالة السيلينيوم، يتطلع فريق جيامار إلى ما هو أبعد من ذلك. يقول جيامار: “الآن بعد أن أصبح لدينا المفاعل والبروتوكولات، نحن ندرس بعض الملوثات الأخرى والمواد العضوية الطبيعية، سواء التي نتحكم في تركيباتها أو باستخدام عينات مياه حقيقية.” وأضاف: “لم نخترع تكنولوجيا المفاعل، لكننا أظهرنا لـ WaterTectonics أنه يمكن أن يعمل في حالات مختلفة عما كانوا قد فكروا فيه.”
الخاتمة
تمثل أبحاث البروفيسور دانييل جيامار وفريقه خطوة هامة نحو تحسين جودة المياه عبر إزالة السيلينيوم باستخدام تقنية التخثر الكهربائي للحديد. بفضل هذه التقنية، يمكن معالجة تحديات التلوث بالمياه بشكل أكثر فعالية، مع إمكانية تطبيقها على ملوثات أخرى في المستقبل. إن نتائج الأبحاث المنشورة في مجلات علمية مرموقة تعزز من أهمية هذه الابتكارات وتأثيرها الإيجابي على البيئة والصحة العامة.
