Explore the Opportunity of Utilizing Some Wastes as an Antibacterial Materials in Construction Applications

تُعد الخرسانة العمود الفقري للحضارة الحديثة، فهي تشكل جدران منازلنا، ومسارات طرقنا، وأساسات مستشفياتنا. ومع ذلك، ورغم قوتها، فإن هذه المادة تمتلك نقطة ضعف خفية: طبيعتها المسامية. فمثل الإسفنج، تحتوي الخرسانة على عدد لا يحصى من الثقوب والقنوات الصغيرة التي يمكن أن تحبس الرطوبة وتوفر ملاذاً آمناً للبكتيريا لتختبئ، وتتكاثر، وتنهش في النهاية البنية من الداخل. هذه العملية، المعروفة باسم التدهور الحيوي، تهدد ديمومة المباني والبنية التحتية، خاصة في البيئات التي تتطلب معايير صحية عالية، مثل المرافق الطبية أو محطات معالجة المياه. وبينما سعى العلماء طويلاً لإيجحاد طرق لجعل الخرسانة مقاومة لهذه الغزاة المجهرية، فإن الحلول التقليدية غالباً ما تعتمد على مواد كيميائية نقية ومكلفة يصعب إنتاجها على نطاق واسه. وهذا يطرح سؤالاً ملحاً للباحثين: هل يمكننا تحويل مشكلة النفايات إلى حل لمتانة المواد؟

لقد شرع فريق من الباحثين في جامعة المستنصرية للإجابة على هذا السؤال من خلال استكشاف نهج مستدام لإنشاء مواد بناء مضادة للبكتيريا. فبدلاً من شراء مواد كيميائية جديدة ومكلفة، توجهوا نحو ثلاثة أنواع من النفايات المتوفرة بسهولة والتي غالباً ما يتم التخلص منها: نفايات النحاس الصناعي، وأكسيد الزنك من التدفقات الصناعية، وقشور البيض المجموعة من نفايات الطعام. كان الهدف هو معرفة ما إذا كان يمكن معالجة هذه المواد المهملة وتحويلها إلى مساحيق تقتل أو توقف نمو البكتيريا الضارة بنفس كفاءة نظيراتها النقية والتجارية. ركز الفريق على نوعين من البكتيريا الشائعة التي تشكل مخاطر على صحة الإنسان وسلامة المباني: "المكورات العنقودية الذهبية" (Staphylococcus aureus)، وهي نوع من البكتيريا يوجد غالباً في الجلد وفي المستشفيات، و"الإشريكية القولونية" (Escherichia coli)، وهي بكتيريا ترتبط غالباً بتلوث المياه. وقد اختبروا هذه المواد في طريقتين مختلفتين: عن طريق خلطها مباشرة في الإسمنت الرطب لإنشاء كتلة صلبة ذات خصائص مضادة للبكتيريا، وعن طريق مزجها في راتنج الإيبوكسي لإنشاء طبقة واقية يمكن طلاؤها فوق الأسطح الموجودة.

ولضمان سلامة وفعالية هذه المواد، قام الباحثون أولاً بتنظيفها جيداً، وغسلها من الأتربة والأملاح، ثم تجفيفها وطحنها إلى مساحيق ناعمة. واستخدموا أدوات تصوير متقدمة لفحص التركيب الكيميائي والشكل الفيزيائي للجزيئات، مما أكد أن المساحيق المشتقة من النفايات كانت نقية كيميائياً بما يكفي للاستخدام في البناء. فعلى سبيل المثال، وُجد أن قشور البيض تتكون بالكامل تقريباً من كربونات الكالسيوم، وهي نفس المادة التي تشكل معظم القشرة. وبالمثل، تم التحقق من أن جزيئات النحاس والزنك تحتوي على العناصر الصحيحة للعمل كعوامل مضادة للبكتيريا. وبمجرد تحضيرها، أضيفت هذه المساحيق إلى عينات المونة وطبقات الإيبوكسي، وخضعت المواد الناتجة لسلسلة من الاختبارات الصارمة لمعرفة مدى صمودها أمام الماء والهواء والبكتيريا.

وكشفت الاختبارات الفيزيائية أن طريقة استخدام هذه المواد كانت مهمة للغاية. فعندما خلطت المساحيق الناتجة عن النفايات في طبقة طلاء الإيبوكسي، كانت النتيجة سطحاً أملساً وصلباً خالياً من المسام أو الفجوات. عملت هذه الطبقة غير المنفذة كحاجز مثالي، مما منع الماء والهواء من اختراق السطح، وهو ما أدى بدوره إلى منع البكتيريا من إيجاد مكان للاختباء أو النمو. وفي خلطات الإسمنت، كانت النتائج واعدة أيضاً ولكنها تباينت حسب المادة. فقد عملت النفايات القائمة على النحاس كحشو مجهري، حيث انزلقت في الفجوات الصغيرة بين جزيئات الإسمنت وجعلت البنية أكثر كثافة، مما قلل من كمية الماء التي يمكن أن تمتصها الخرسانة وسد المسارات التي تستخدمها البكتيريا للتنقل داخل المادة. كما ساعدت نفايات أكسيد الزنك أيضاً في تقليل المسامية، وإن كانت قد شكلت بنية كيميائية مختلفة قليلاً داخل الإسمنت. أما مسحوق قشور البيض، فرغم فعاليته في قتل البكتيريا، إلا أنه لم يقلل من مسامية الإسمنت بقدر النحاس أو الزنك، ويرجع ذلك على الأرجح إلى أن جزيئات قشور البيض كانت أكبر قليلاً ولم تتناسب مع أصغر الفجوات بإحكام.

وعندما اختبر الباحثون قدرة هذه المواد على قتل البكتيريا، كانت النتائج مذهلة. فقد استخدموا طريقة وضع فيها المساحيق على مستنبت بكتيري ومراقبة مدى توقف نمو البكتيريا حول المادة. أثبت مسحوق النحاس المشتق من النفايات أنه العامل الأكثر قوة، حيث أوقف تماماً نمو كلا النوعين من البكتيريا في خلطات الإسمنت. لقد كان فعالاً للغاية لدرجة أنه لم تتكون أي مستعمرات بكتيرية على الإطلاق في العينات التي تحتوي عليه. كما أدى مسحوق قشور البيض أداءً ملحوظاً أيضاً، حيث أوقف تماماً نمو "المكورات العنقودية الذهبية" وقلل بشكل كبير من "الإشريكية القولونية". وأظهرت نفايات أكسيد الزينك نشاطاً قوياً أيضاً، خاصة ضد "المكورات العنقودية الذهبية"، رغم أنها كانت أقل فعالية قليلاً ضد "الإشريكية القولونية" في خلطة الإسمنت. ومن المثير للاهتمام أن المواد المشتقة من النفايات قدمت أداءً يضاهي، وفي بعض الحالات يتفوق على، النسخ النقية والمتوفرة تجارياً من نفس المواد الكيميائية. وهذا يشير إلى أن عملية تحويل النفايات إلى مسحوق لم تقلل من قدرتها على محاربة البكتيريا؛ بل في الواقع، ربما عززت الأشكال والأسطح الفريدة لجزيئات النفايات من فعاليتها.

خلصت الدراسة إلى أن استخدام مواد النفايات لإنشاء منتجات بناء مضادة للبكتيريا ليس ممكناً فحسب، بل هو فعال للغاية. وقد برزت النفايات القائمة على النحاس كأفضل أداء، حيث كانت قادرة على تثبيط النمو البكتيري تماماً في الإسمنت مع جعل المادة أكثر كثافة وأقل عرضة لامتصاص الماء. ووفر مسحوق قشور البيض بديلاً مقنعاً، خاصة لقتل "المكورات العنقودية الذهبية"، مما يوفر وسيلة لتحويل نفايات الطعام إلى مادة بناء قيمة. كما أظهرت نفايات أكسيد الزنك وعداً أيضاً، لا سيما عند استخدامها في شكل مسحوق. ووجد الباحثون أن نجاح هذه المواد يعتمد على أمرين: القدرة الجوهرية للمادة على قتل البكتيريا، والبنية الفيزيائية التي تشكلها داخل مادة البناء. فمن خلال سد الفجوات وحجب الرطوبة، خلقت الإضافات المشتقة من النفايات بيئة لا تستطيع البكتيريا البقاء فيها. ويؤكد هذا العمل أن الطريق نحو بنية تحتية أكثر ديمومة ونظافة قد لا يكمن في تقنيات جديدة مكلفة، بل في إعادة الاستخدام الذكي للمواد التي نمتلكها بالفعل، وتحويل نفايات اليوم إلى مباني قوية ونظيفة في الغد.