محاولات لتقليل انبعاثات الزئيق السامة في الصناعة بتنقية حمض الكبريتيك

حمض الكبريتيك هو المادة الكيميائية الأكثر استخدامًا في العالم، وهو كاشف مهم يستخدم في العديد من الصناعات ويستخدم في صناعة كل شيء من الورق والأدوية ومستحضرات التجميل إلى البطاريات والمنظفات والأسمدة.

ولذلك ، فإن احتواء حامض الكبريتيك غالبًا على واحدة من أكثر المواد سمية – الزئبق – يمثل تحديًا عالميًا. طور باحثون في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا بالسويد طريقة يمكنها تقليل مستويات الزئبق في حامض الكبريتيك بأكثر من 90٪ ـ حتى من المستويات المنخفضة.

حمض الكبريتيك النقي عالي الجودة

كما يقول قائد البحث بيورن ويكمان ، أستاذ مشارك في قسم الفيزياء في تشالمرز، “حتى الآن ، لا توجد طريقة قابلة للتطبيق لتنقية حامض الكبريتيك النهائي على الإطلاق، ومع مثل هذا التخفيض الجذري في محتوى الزئبق ، فإننا نأتي إلى ما دون القيم الحدية الحالية، ومثل هذا حمض الكبريتيك النقي عالي الجودة مطلوب بشدة في التطبيقات الصناعية وخطوة مهمة في الحد من التأثير البيئي”.

يتم إنتاج حامض الكبريتيك إما من الكبريت من صناعة البترول أو كمنتج ثانوي في مصاهر صناعة التعدين، في الحالة الأخيرة ، يمكن أن ينتهي الزئبق ، الموجود بشكل طبيعي في الخام ، في المنتجات النهائية، كما يمكن أن تحتوي التيارات المعاد تدويرها في المصاهر على الزئبق.

انبعاثات سامة تؤثر على أشكال الحياة 

يعتبر انتشار الزئبق مشكلة عالمية ، حيث أن المادة متطايرة ويمكن أن تنتشر عن طريق الهواء فوق مساحات كبيرة، ثم يتم غسل هذا المعدن الثقيل السام في الجداول والبحيرات عند هطول الأمطار، يتم تخزينه في التربة والمياه والكائنات الحية ، مما يؤثر على السلسلة الغذائية بأكملها، يمكن أن يتلف العقول والجهاز العصبي المركزي للإنسان والحيوان.

وفقًا لتقرير صادر عن برنامج الأمم المتحدة للبيئة (UNEP ) ، زادت انبعاثات الزئبق في الغلاف الجوي بنسبة تقدر بـ 20٪ من عام 2010 إلى عام 2015.

2200 طن من الزئبق في الهواء

في عام 2015 ، انبعث حوالي 2200 طن من الزئبق في الهواء نتيجة للأنشطة البشرية مثل صناعة الأسمنت ، وتعدين الذهب على نطاق صغير، وحرق الفحم، وإنتاج المعادن وغيرها من الصناعات التحويلية، بالإضافة إلى ذلك، انتهى الأمر بنحو 1800 طن من الزئبق في التربة والمياه في نفس العام، وفقًا للتقرير ، قد تكون تركيزات الزئبق في الغلاف الجوي قد زادت بنسبة 450٪ في القرن الماضي.

يقول ويكمان: “كل الطرق التي يمكننا من خلالها تقليل انبعاثات الزئبق جيدة ، لأن أي زئبق ينبعث يتراكم في البيئة ويستمر في تشكيل تهديد صحي لآلاف السنين”.

يلتقط المعدن باستخدام الكيمياء الكهربائية

قبل خمس سنوات ، قدم فريقه البحثي في ​​تشالمرز طريقة رائدة لإزالة الزئبق من الماء باستخدام العمليات الكهروكيميائية، تعتمد الطريقة على إلكترود معدني يلتقط المعدن السام ويشكل سبيكة، يمكن بعد ذلك إزالة الزئبق بأمان وإعادة استخدام القطب.

الآن اتخذ الباحثون هذه التقنية خطوة أخرى إلى الأمام ، وفي دراسة جديدة أظهروا كيف يمكن إزالة الزئبق من حامض الكبريتيك المركز.

أجريت التجارب على حامض الكبريتيك بالتعاون مع شركة بوليدين للتعدين وتكرير المعادن وشركة Atium ، وهي فرع من مدرسة تشالمرز لريادة الأعمال بهدف نقل إزالة الزئبق من المياه والمواد الكيميائية إلى السوق.

يأمل الباحثون الآن أن يكونوا قادرين على المضي قدمًا مع شركائهم وتطوير نوع من المفاعلات يمكن من خلاله أن يتدفق حمض الكبريتيك وتنقيته في نفس الوقت.

 تقليل التكاليف والأثر البيئي

اليوم ، تتم إزالة الزئبق في الغالب في مرحلة مبكرة – من المركزات والتيارات المعاد تدويرها في المصهر قبل إنتاج حامض الكبريتيك، هذه عملية ثابتة ، لكنها تترك كميات ضئيلة من الزئبق في المنتجات النهائية.

تقول فيرا روث ، طالبة الدكتوراه في تشالمرز والمؤلفة الأولى للمقال الذي نُشر في مجلة ACS ES&T Engineering، “إن تنقية حامض الكبريتيك تمنع أيضًا انبعاثات الزئبق الإضافية، مع السماح للصناعة بالعمل بشكل أكثر فعالية من حيث التكلفة وإنتاج منتج عالي النقاء وغير سام، وستكون الخطوة التالية هي توسيع نطاق الطريقة إلى عملية تجريبية أقرب إلى أحجام حقيقية تصل إلى آلاف الأطنان” .

أملا في قيم الحد الأدنى

وفقًا لقاعدة بيانات Statista ، يبلغ حجم السوق العالمي لحمض الكبريتيك حوالي 260 مليون طن سنويًا، بحلول عام 2029 ، من المتوقع أن يرتفع هذا الرقم إلى 314 مليون طن. كلما انخفض محتوى الزئبق في حامض الكبريتيك ، زادت قيمته، يعتبر حمض الكبريتيك للأغراض التجارية ذا جودة مقبولة عندما يكون محتواه من الزئبق أقل من 0.30 ملليجرام لكل كيلوجرام.

إذا كان المحتوى أقل من 0.08 ملليجرام لكل كيلوجرام ، فإن حامض الكبريتيك يتمتع بنقاوة عالية، باستخدام الطريقة الجديدة، خفض الباحثون مستوى الزئبق إلى 0.02 ملليجرام لكل كيلوجرام من حمض الكبريتيك في دراستهم التجريبية.

كما يقول ويكمان، “تستند القيم الحدية لمقدار الزئبق الذي قد يحتويه حامض الكبريتيك على التكنولوجيا المتاحة اليوم، ومع الطريقة الجديدة لتنقية حامض الكبريتيك ، نأمل أن يتم تشديد التشريعات المتعلقة بالقيم الحدية في منظور عالمي، حيث تكون مستويات الزئبق بشكل عام أعلى من ذلك بكثير “.