Green-Synthesized Co₃O₄ Nanoparticles from Thyme, Teucrium oliverianum, and Cercis siliquastrum: Enhanced Photocatalytic Degradation of Methylene Blue

تخيل المجاري المائية في العالم كأنها مرجل ضخم يغلي. أحياناً، يتلوث هذا المرجل بألوان زاهية وعنيدة من المصانع - مثل الصبغة الزرقاء العميقة المستخدمة لتلوين الجينز أو الورق. هذه الألوان تشبه البقع العنيدة التي لا تذهب بمجرد الغسل؛ فهي تحجب ضوء الشمس عن النباتات تحت الماء ويمكن أن تكون سامة للأسماك. لقد حاول العلماء إيجاد طريقة لـ "تبييض" هذه المياه وتنظيفها دون استخدام مواد كيميائية قاسية قد تؤذي البيئة. تتضمن إحدى الطرق الواعدة استخدام حبيبات معدنية متناهية الصغر وغير مرئية تسمى "الجسيمات النانوية". فكر في هذه الجسيمات النانوية كأنها عمال نظافة مجهريون يعملون بالطاقة الشمسية. عندما تسلط عليهم الضوء، يستيقظون ويبدأون في إنتاج عوامل تنظيف فائقة القوة (تسمى الجذور الحرة) التي تلتهم جزيئات الصبغة، وتحولها إلى ماء وهواء غير ضارين. السؤال الكبير الذي يواجه الباحثين هو: كيف نجعل هؤلاء العمال الصغار الأكثر كفاءة، والأرخص ثمنًا، والأكثر رفقًا بالبيئة؟

هنا تدخل فريق من الباحثين من جامعة غارمييان في العراق. قرروا تخطي مصانع الكيماويات المعتادة والقاسية لصنع هذه الحبيبات المنظفة، وبدلاً من ذلك جربوا نهجاً "أخضر". استخدموا مستخلصات أوراق من ثلاثة نباتات مختلفة: الزعتر (العشب الذي تضعه على البيتزا)، و Teucrium oliverianum، و Cercis siliquastrum (نوع من شجر يهودا). لقد عاملوا هذه النباتات كأنها مجموعات كيميائية طبيعية، مستخدمين العصارات الموجودة داخل الأوراق لإنماء جسيمات أكسيد الكوبالت النانوية. كان هدفهم هو معرفة ما إذا كان بإمكان المنظفات المصنوعة من النباتات تنظيف الصبغة الزرقاء (الميثيلين الأزرق) من الماء بشكل أفضل من تلك المصنوعة بالطرق الكيميائية التقليدية. لقد أقاموا سباقاً بين المنظفات المصنوعة من النباتات، والمنظفات المصنوعة كيميائياً، ومجموعة ضابطة بدون أي منظفات على الإطلاق، وكل ذلك تحت توهج الأشعة فوق البنفسجية.

كانت نتائج هذا السباق النباتي واضحة تماماً. لم تكتفِ الجسيمات النانوية المصنوعة من النباتات بالمنافسة فحسب، بل تصدرت المشهد. فعندما اختبر الباحثون مدى قدرة هذه الحبيبات الصغيرة على تدمير الصبغة الزرقاء، كانت تلك المصنوعة من أوراق Cercis siliquastrum هي البطلة المطلقة، حيث أزالت 98.99% من الصبغة. وجاءت الجسيمات المصنوعة من الزعتر في المركز الثاني بفارق ضئيل بنسبة إزالة بلغت 95.42%، بينما حقلت نسخة Teucrium oliverianum نسبة 95.30%. وفي المقابل، تمكنت الجسيمات النانوية المصنوعة بالطريقة الكيميائية القياسية من تنظيف 89.64% فقط من الصبغة. أما المجموعة التي لم تحتوي على أي جسيمات نانوية على الإطلاق (مجرد ضوء وماء) فكانت الحلقة الأضعف، حيث أزالت 25.98% فقط من اللون.

لماذا فازت النسخ النباتية؟ وجد الباحثون أن عصارات النباتات عملت كـ "طاقم بناء" طبيعي و"درع واقٍ" للجسيمات النانوية. بفضل المواد الكيميائية النباتية، نمت الجسيمات النانوية بحجم أصغر وأكثر تجانساً - مثل فريق من كرات القدم ذات الحجم المثالي بدلاً من كومة عشوائية من الصخور. كما وجدوا أن الجسيمات المصنوعة من النباتات تمتلك طبقة "تغطية" خاصة من الجزيئات العضوية تساعدها على البقاء مستقرة والعمل بجهد أكبر. وعندما نظروا إلى الجسيمات تحت مجاهر قوية، كانت الجسيمات المصنوعة من النباتات أصغر بكثير (حوالي 18 إلى 24 نانومتر) مقارنة بالجسيمات المصنوعة كيميائياً (حوالي 27 إلى 32 نانومتر). الحجم الأصغر يعني مساحة سطح أكبر لعملية التنظيف.

تحققت الدراسة أيضاً مما إذا كانت هذه المنظفات الجديدة آمنة ومستقرة. فقد قاسوا كمية معدن الكوبالت التي تسربت من الجسيمات النانوية إلى الماء. أظهرت النسخ المصنوعة من النباتات تسريباً ضئيلاً جداً (وصل إلى أدنى مستوياته عند 0.32 ملجم/لتر للنسخ المصنوعة من Cercis siliquastrum)، مما يشير إلى أنها متينة ولن تتفكك بسه l وتلوث الماء بالمعادن الثق heavy metals. أما النسخ الكيميائية فقد سربت كمية أكبر قليلاً (1.21 ملجم/لتر).

في النهاية، تشير الورقة البحثية إلى أن استخدام المستخلصات النباتية هو وسيلة رائعة وصديقة للبيئة لبناء هذه المنظفات عالية التقنية. فقد أثبتت الجسيمات النانوية المصنوعة من النباتات أنها أكثر فعالية في فرك وإزالة الصبغة من نظيراتها الكيميائية، مما يوفر استراتيجية واعدة ومنخفضة التكلفة لتنظيف مياه الصرف الصناعي. وبينما يشير الباحثون إلى أن هناك حاجة لمزيد من الاختبارات لمعرفة مدى صمود هذه المنظفات بمرور الوقت وفي المصانع الواقعية، فإن النتائج الأولية تظهر أن الطبيعة قد تمتلك بالفعل الوصفة الأفضل لتنظيف مياهنا.