وتمكّن باحثون من جامعة ياسوج، وجامعة العلوم والصناعة الإيرانية، وجامعة دونغغوان للتكنولوجيا، من خلال تطوير محفز فوتوالكتروكاتاليتيكي جديد يعتمد على هيكل ثنائي S-scheme، من تصميم جهاز غشائي متقدم قادر على إزالة سم الريسين الخطير جدًا بشكل مستمر من المياه الملوثة. ويجمع هذا النظام بين التفاعلات الفوتو الكتروكاتاليتيكية وعملية الترشيح الغشائي، وقد سجّل كفاءة إزالة تصل إلى ٩٨,٣٩٪ ومعدل تمعدن يبلغ ٨٥,٦٧٪.
إن الثبات اللافت الذي أظهره الجهاز خلال ست دورات تشغيلية متتالية يجعل أداءه واعدًا جدًا للتطبيقات الصناعية والتنقية طويلة الأمد. ويُعد هذا الإنجاز خطوة مهمة في تطوير التقنيات الحديثة لإزالة السموم النباتية والملوثات المقاومة.
المحفز الفوتو الكتروكاتاليتيكي الذي تم تقديمه في هذا المشروع هو نانوكومبوزيت، حيث تم تصنيع جميع أطوار CdSe وZnSe وFeSe₂ على شكل نانوي. وتُصنع هذه المواد عادةً ضمن نطاق يتراوح بين بضعة نانومترات وعشرات النانومترات؛ وذلك لتحسين نقل الشحنات، وامتصاص الضوء، والتفاعلية بشكل جذري.
لقد أصبح تلوث مصادر المياه بالسموم النباتية، ومنها الريسين الذي يُعدّ من أخطر السموم النباتية المعروفة، مصدر قلق بارز في مجالي البيئة والصحة العامة.
وفي مثل هذه الظروف، قدّم بحث مشترك بين جامعة ياسوج، وجامعة العلم والصناعة الإيرانية، وجامعة دونغغوان للتكنولوجيا في الصين، حلاً ابتكاريًا قادرًا على رسم مسار جديد لتنقية المياه المتقدمة على نطاق صناعي.
وفي هذا البحث، صمّم الباحثون محفزًا فوتوالكتروكاتاليتيكيًا جديدًا يعتمد على هيكل غير متجانس بتصميم ثنائي S-scheme، مكوَّن من مركبات الزنك Zn والكادميوم Cd والحديد Fe والسيلينيوم Se، ومبني على «نظير البروسي الزرقاء» Prussian Blue Analog. هذا الهيكل المعقد، الذي أُطلق عليه اسم ZnCdFeSe، تم تهيئته هندسيًا بحيث يستفيد إلى أقصى حد من الضوء المرئي، ويحافظ على استقرار الشحنات الكهربائية الناتجة عن الضوء، وينفذ تفاعلات الأكسدة والاختزال السطحية بكفاءة عالية. هذه الخصائص جعلت المحفز المذكور أحد النماذج المتقدمة في مجال تنقية المياه بالضوء.
ووضع الباحثون هذا المحفز الفوتوكاتاليتيكي في قلب جهاز غشائي فوتوالكتروكاتاليتيكي يتيح، إلى جانب إجراء تفاعلات التفكك الفوتوكاتاليتيكي، إمكانية الترشيح المتزامن. ونتج عن هذا الدمج نظام مستمر لإزالة سم الريسين قادر على مواصلة عملية تنقية المياه دون توقفات متكررة. ويحمل هذا الأمر أهمية بالغة في تنقية مياه الصرف التي تتعرض للتلوث بشكل مستمر.
وتُظهر نتائج هذه الدراسة أن كفاءة إزالة السموم النباتية في هذا الجهاز تصل إلى ٩٨,٣٩٪، وهو رقم لافت جدًا بالنسبة لتقنية ناشئة تجمع في الوقت نفسه بين عمليتي التفكيك والفصل. والأهم من ذلك أن الغشاء المستخدم في الجهاز يُبدي، إلى جانب تحسين النفاذية، خاصية مقاومة التلوث Anti-fouling ملحوظة؛ أي أنه يقاوم تراكم الرواسب والملوثات، مما يطيل مدة الأداء الفعّال له.
ومن الإنجازات المهمة الأخرى في هذا البحث تقييم أداء النظام في ظروف التشغيل طويل الأمد. ووفقًا للنتائج المتحصل عليها، ظلّ معدل إزالة الريسين حتى بعد ست دورات تشغيلية متتالية عند ٧٨,٩٦٪. وهذا يدل على أن الهيكل الثنائي S-scheme في قلب المحفز الفوتوكاتاليتيكي يتمتع بثبات مقبول، كما أن الغشاء المستخدم قادر على تحمل الظروف التشغيلية القاسية.
وفي الجزء الختامي من البحث، تم تصميم وبناء مفاعل ضوئي غشائي كامل قادر على تنقية مياه الصرف الملوثة بالريسين بشكل مستمر. يتكون هذا الجهاز من غشاء معزز بالبولي أنيلين ونانو مركبات فلزية، وقد أظهر أداءً يصل إلى ٨٣,٦٧٪ في تحليل الريسين تحت الظروف التشغيلية الفعلية.
إن البحث المشترك بين جامعة ياسوج، وجامعة العلم والصناعة الإيرانية، وجامعة دونغغوان للتكنولوجيا، قد فتح مسارًا جديدًا في مجال التقنيات النظيفة. وفي ظل الاتجاه المتزايد لتلوث المصادر المائية بالملوثات البيولوجية والسموم النباتية، فإن تطوير أنظمة هجينة من هذا النوع قادر على لعب دور حاسم في تعزيز سلامة المياه، وتقليل المخاطر البيئية، وتوفير تقنيات ذات أداء مستمر وفعّال.
