طريقة جديدة لإزالة لدائن البلاستيك الدقيقة من الماء باستخدام بياض البيض.. تحقق كفاءة 99%

طور باحثون طريقة فعالة من حيث التكلفة لاستخدام أطعمة الإفطار لإنشاء مادة يمكنها إزالة الملح والجسيمات البلاستيكية من مياه البحر.

استخدم الباحثون بياض البيض لصنع الهلام الهوائي ، وهو مادة متعددة الاستخدامات معروفة بخفة وزنها ومساميتها، لها مجموعة من الاستخدامات، بما في ذلك تنقية المياه وتخزين الطاقة والعزل الصوتي والحراري.

يقود كريج أرنولد ، أستاذة سوزان دود براون في الهندسة الميكانيكية والفضائية ونائب عميد الابتكار في جامعة برينستون ، مختبرًا يركز على إنشاء مواد جديدة ، بما في ذلك aerogels ، لأغراض هندسية.

الصدفة والخبز 

ذات يوم ، أثناء جلوسه في اجتماع أعضاء هيئة التدريس ، خطرت له فكرة، قال أرنولد: “كنت أجلس، أحدق في الخبز  الموجود في شطيرة، وقلت لنفسي، هذا هو بالضبط نوع الهيكل الذي نحتاجه”، لذلك طلب من مجموعته المعملية صنع وصفات خبز مختلفة ممزوجة بالكربون لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم إعادة إنشاء هيكل الهوائي الذي كان يبحث عنه.

لم يعمل أي منهم بشكل صحيح في البداية، لذلك استمر الفريق في التخلص من المكونات أثناء الاختبار، حتى في النهاية، بقي بياض البيض فقط.

قال أرنولد: “لقد بدأنا بنظام أكثر تعقيدًا، واستمرنا في التقليل، حتى وصلنا إلى جوهر ما كان عليه، كانت البروتينات الموجودة في بياض البيض هي التي تؤدي إلى التراكيب التي نحتاجها”.

بياض البيض

بياض البيض عبارة عن نظام معقد من البروتين النقي تقريبًا، عندما يتم تجفيفه بالتجميد وتسخينه إلى 900 درجة مئوية في بيئة خالية من الأكسجين – يخلق بنية من خيوط مترابطة من ألياف الكربون وألواح الجرافين . في بحث نُشر في 24 أغسطس في المواد، أظهر أرنولد وزملاؤه أن المادة الناتجة يمكنها إزالة الملح والجسيمات البلاستيكية الدقيقة من مياه البحر بكفاءة 98٪ و 99٪ على التوالي.

قال سيهوز أوزدن، المؤلف الأول للورقة: “يعمل بياض البيض حتى إذا تم قليه على الموقد أولاً، أو جلده”، أوزدن باحث ما بعد الدكتوراه سابق في مركز برينستون للمواد المعقدة وهو الآن عالم في مركز أبحاث أرامكو.

وقال أوزدن، إنه بينما تم استخدام بياض البيض العادي الذي تم شراؤه من المتجر في الاختبارات الأولية، فإن بروتينات أخرى مماثلة متوفرة تجاريًا أنتجت نفس النتائج.

قال أرنولد: “البيض رائع لأنه يمكننا جميعًا الاتصال بهم ومن السهل الحصول عليهم ، لكنك تريد أن تكون حذرًا بشأن التنافس مع دورة الطعام”، نظرًا لأن البروتينات الأخرى تعمل أيضًا ، فمن المحتمل أن يتم إنتاج المادة بكميات كبيرة وبتكلفة منخفضة نسبيًا ودون التأثير على الإمدادات الغذائية.

وأشار أوزدن إلى أن الخطوة التالية للباحثين هي تحسين عملية التصنيع بحيث يمكن استخدامها في تنقية المياه على نطاق أوسع.

غير مكلفة للإنتاج

إذا كان من الممكن حل هذا التحدي، فإن المادة لها فوائد كبيرة لأنها غير مكلفة للإنتاج ، وكفاءة في استخدام الطاقة ، وفعالة للغاية. يعتبر الكربون المنشط من أرخص المواد المستخدمة في تنقية المياه. لقد قارنا نتائجنا بالكربون المنشط ، وهو أفضل بكثير ، “قال أوزدن، بالمقارنة مع التناضح العكسي ، الذي يتطلب مدخلات كبيرة للطاقة والمياه الزائدة للتشغيل، تتطلب عملية الترشيح هذه الجاذبية فقط للعمل ولا تهدر الماء.

تحديد آلية التحول لبروتينات بياض البيض 

بينما يرى أرنولد أن نقاء المياه يمثل “تحديًا كبيرًا كبيرًا” ، إلا أن هذا ليس التطبيق الوحيد المحتمل لهذه المادة. كما أنه يستكشف استخدامات أخرى متعلقة بتخزين الطاقة والعزل.

تضمن البحث مساهمات من أقسام الهندسة الكيميائية والبيولوجية وعلوم الأرض في جامعة برينستون وأماكن أخرى.

قال أرنولد: “صنع شيء ما في المختبر شيء، وفهم لماذا وكيف شيء آخر”، من بين المتعاونين الذين ساعدوا في الإجابة عن أسئلة لماذا وكيف شملت الأستاذين رودني بريستلي وأ. جيمس لينك من الهندسة الكيميائية والبيولوجية ، الذين ساعدوا في تحديد آلية التحول لبروتينات بياض البيض على المستوى الجزيئي، ساعد زملاء برينستون في علوم الأرض في قياسات تنقية المياه.