ثورة في إزالة تلوث المياه باستخدام تكنولوجيا البلازما

قامت مجموعتان بحثيتان من شركة UCO بتصميم مفاعل بلازما (غاز متأين) تتم صيانته بواسطة أفران الميكروويف مما يجعل من الممكن تطهير المياه بتركيزات عالية من الصبغة.

البلازما هي غاز متأين، أي غاز يحتوي على إلكترونات، وأيونات، وذرات، وجزيئات، وجذور، وفوتونات، غالبًا ما يطلق عليها الحالة الرابعة للمادة، ومن المدهش أنها تتخلل كل شيء.

توجد البلازما، التي يتم توليدها بشكل مصطنع عن طريق نقل الطاقة إلى الغاز، في أنابيب الفلورسنت التي تضيء المطابخ، ولكنها سمحت أيضًا للهواتف المحمولة بأن تصبح أصغر فأصغر.

البلازما في التكنولوجيا

لقد كانت البلازما ثورة حقيقية في عالم التكنولوجيا. في السابق، لنقش الدوائر على ألواح السيليكون المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف المحمولة، كان من الضروري استخدام المنتجات الكيميائية الملوثة.

الآن، أتاح استخدام البلازما القيام بذلك بشكل أكثر نظافة ودقة، حيث أصبح من الممكن جعل الشقوق أصغر فأصغر، ومعها الأجهزة.

التطبيقات البيئية للبلازما

لكن للبلازما تطبيقات أخرى أيضًا، مثل معالجة المياه. تعاونت مجموعتا فيزياء البلازما FQM-136 وFQM-346 للتحفيز العضوي والمواد ذات البنية النانوية في جامعة قرطبة في دراسة بحثية كان هدفها القضاء على الملوثات الموجودة في الماء عن طريق استخدام البلازما لتعزيز العمليات الكيميائية.

وبهدف معالجة مشكلة الوجود المتزايد للملوثات العضوية في المياه، مثل الأصباغ وغيرها من المركبات الناتجة عن النشاط الزراعي والصناعي في المياه والتي تزعزع استقرار النظم البيئية، اختار هؤلاء الباحثون تطبيق البلازما.

اختراق في إزالة تلوث المياه

في عام 2017، أظهروا، لأول مرة، أن بلازما الأرجون المستحثة بواسطة الموجات الدقيقة المفتوحة للهواء، عند تأثيرها على الماء، تولد فيه أنواعًا تفاعلية تحتوي على الأكسجين والنيتروجين (مثل جذور الهيدروكسيل، وبيروكسيد الهيدروجين، وجذور النيتروجين) قادرة على تطهيرها.

الآن تمكن الباحثون من تصميم مفاعل من هذا النوع من البلازما وزيادة كميات هذه الأنواع النشطة المتولدة في الماء بشكل كبير، مما يجعل من الممكن تدمير التركيزات العالية، من الأصباغ (في هذه الحالة، الميثيلين الأزرق) في دقائق معدودة فقط.

الابتكارات في تصميم مفاعلات البلازما

وقد تم تحقيق ذلك عن طريق تغيير تصميم السورفاترون، وهو الجهاز المعدني الذي يمزج الطاقة من مولد الموجات الدقيقة مع البلازما للحفاظ عليها، “ما فعلناه هو وضع قطعة صغيرة من السيليكون في أنبوب تفريغ الكوارتز، مما يسمح بتوليد بلازما مختلفة، بلازما ليست خيطية وأكثر كفاءة في إنشاء أنواع نشطة عند التفاعل مع الماء”.

أوضح البروفيسور ماريا. ج. جارسيا. مكونات البلازما المذكورة أعلاه، عند تفاعلها مع الماء، تولد أنواعًا مؤكسدة قادرة على تحلل المركبات العضوية وقتل الكائنات الحية الدقيقة، مما يسمح باستخدام مفاعل البلازما هذا في التطبيقات المتعلقة بمعالجة المياه.

وبالتالي، فإن هذا التكوين الجديد يوسع نطاق تطبيق هذا النوع من البلازما، “يغير التصميم تمامًا تكوين المجال الكهرومغناطيسي الناتج عن السيرفاترون لإنشاء البلازما، مما يؤدي إلى بلازما ذات خصائص مختلفة وأكثر كفاءة، كما يزيل أيضًا مشكلة الشعيرة (تقسيم عمود البلازما إلى العديد من الخيوط)، والتي تزعزع الاستقرار.

مستقبل إزالة التلوث بالبلازما

وبعد ذلك… التطهير، وتابع البروفيسور فرانسيسكو ج. روميرو: “تلك الأنواع المؤكسدة الناتجة عن عمل البلازما شديدة التفاعل وتجعل من الممكن تدمير المادة العضوية الموجودة داخل الماء”، ولكي يحدث هذا، لا يتم إدخال البلازما في الماء.

بل هي مصنوعة لتعمل عن بعد، بحيث توجد بين الماء والبلازما منطقة من الهواء تحدث فيها تفاعلات عديدة نتيجة تصادم الأنواع المثارة مع جزيئات الأكسجين والنيتروجين وبخار الماء، و”الأنواع المتفاعلة التي تنتشر”، في السائل وينتهي الأمر بالملوثات”.

تم اختبار إمكانات إزالة التلوث لهذا النوع من البلازما، المتولدة بهذا التصميم الجديد، لتقليل التركيزات العالية من صبغة الميثيلين الزرقاء في الماء، مع نتائج فعالة للغاية من حيث الطاقة، وتحقيق القضاء التام على الصبغة في أوقات معالجة منخفضة، قال الباحث خوان أمارو.

وهكذا، مع هذا العمل، تم إحراز تقدم في أحد تطبيقات البلازما، تلك “الحالة الرابعة للمادة” التي يتم إنشاؤها عن طريق توفير غاز مستقر بالطاقة وتحويله إلى غاز متأين، وينطبق هذا على كل شيء تقريبًا: تصنيع الرقائق الدقيقة، تطهير الأسطح، وتضميد الجراح، ووضع طبقات مضادة للانعكاس على الزجاج، وتحسين إنبات البذور، واستعادة النفايات، وتنشيط سطح البلاستيك لتحقيق التصاق أفضل للطلاء، والعديد من التطبيقات الأخرى.