Valorization of Palm-kernel Chaffs for Removal of Lead(II) from Water

تُعد المياه أساس الحياة، ومع ذلك فهي تتعرض لتهديد متزايد من السموم غير المرئية. ومن بين أخطر هذه الملوثات الرصاص، وهو معدن ثقيل لا يتحلل في البيئة ويتراكم في الكائنات الحية بمرور الوقت. وحتى عند مستويات منخفضة، يمكن للرصاص أن يسبب مشاكل صحية خطيرة، حيث يدمر الجهاز العصبي والكلى والقلب، ويشكل مخاطر خاصة على نمو الأطفال. وبينما تعد الأنشطة الصناعية مثل تصنيع البطاريات والتعدين مصادر رئيسية لهذا التلوث، فإن إيجاد وسيلة لتنقيته يظل تحدياً عالمياً. فغالباً ما تتطلب الطرق التقليدية لإزالة الرصاص من الماء معدات باهظة الثمن، أو تستهلك كميات هائلة من الطاقة، أو تخلق نفايات سامة خاصة بها، مما يجعل استخدامها صعباً في أجزاء كثيرة من العالم. وقد دفع هذا العلماء للبحث عن حلول في الطبيعة، وتحديداً استكشاف كيفية تحويل النفايات الزراعية الشائعة إلى أدوات قوية لتنقية المياه.

في دراسة حديثة، بحث باحثون في نيجيريا فيما إذا كان يمكن تحويل النفايات المتبقية من معالجة زيت النخيل إلى مرشح فعال للرصاص. إن قشور نواة النخيل، وهي الألياف التي تُترك بعد استخراج الزيت من نواة النخيل، عادة ما تُحرق أو تُترك لتتعفن، مما يساهم في التلوث البيئي. وقد طرح الفريق، بقيادة إيدوو جيه. إيشو وزملاؤه، سؤالاً بسيطاً ولكنه حاسم: هل يمكن ترقية هذه المادة من النفايات لتلتقط أيونات الرصاص من الماء؟ لم يستخدموا القشور الخام فحسب؛ بل أخضعوها لعملية تحول مكونة من خطوتين. أولاً، قاموا بتسخين المادة في فرن بدون أكسجين، وهي عملية تسمى "التحلل الحراري"، والتي تحول المواد النباتية إلى فحم غني بالكربون. ثانياً، عالجوا هذا الفحم بحمض الفوسفوريك، وهي خطوة كيميائية صُممت لفتح البنية الداخلية للمادة وخلق مساحة أكبر لالتصاق الملوثات. وكانت النتيجة نوعاً جديداً من المواد الممتزة، وهي مادة تلتقط الملوثات على سطحها، والتي أطلقوا عليها اسم "قشور نواة النخيل المعالجة كيميائياً بالتحلل الحراري".

لفهم كيفية عمل هذه المادة الجديدة، فحصها الباحثون بدقة باستخدام التصوير المتقدم والتحليل الكيميائي. ووجدوا أن قشور النخيل الخام كانت كثيفة وليفية، مع وجود مساحات قليلة جداً لتدفق الماء من خلالها. ومع ذلك، بعد التسخين والمعالجة الحمضية، تغيرت المادة بشكل كبير؛ حيث أصبحت مسامية، وطورت بنية تشبه الإسفنج مليئة بالثقوب والقنوات الصغيرة. لم يكن هذا التحول فيزيائياً فحسب؛ بل تغير التركيب الكيميائي للسطح أيضاً. فقد أدخلت العملية المزيد من المجموعات القائمة على الأكسجين وأضافت النيتروجين والفوسفور إلى بنية الكربون، مما خلق المزيد من النقاط "اللاصقة" حيث يمكن لأيونات الرصاص أن تلتصق بها. وقد أثبتت المادة المعالجة أنها أكثر استقراراً تحت الحرارة من القشور الخام، مما يشير إلى قدرتها على تحمل ظروف معالجة المياه في العالم الحقيقي.

ثم اختبر الفريق مدى فعالية هذه النسخ المختلفة من المادة — الخام، والمُسخنة، والمُسخنة والمُعالجة كيميائياً — في إزالة الرصاص من الماء. قاموا بخلط المواد مع ماء يحتوي على الرصاص وقاسوا كمية المعدن التي تم التقاطها بمرور الوقت. كانت النتائج واضحة: المادة الخام كان أداؤها ضعيفاً، والمادة المسخنة ببساطة كانت أفضل، لكن النسخة المعالجة كيميائياً كانت الأكثر فعالية بفارق كبير. وعند الظروف المثلى، استطاعت المادة المعالجة إزالة الرصاص بكفاءة فاقت الأخريات بكثير. ووجد الباحثون أن أفضل أداء حدث عند مستوى حموضة (pH) حمضي قليلاً، حيث تحمل سطح المادة شحنة سالبة تجذب طبيعياً أيونات الرصاص ذات الشحنة الموجبة. ومع زيادة كمية المادة المستخدمة، ارتف نسبة الرصاص المزاح حتى وصلت إلى نقطة التشبع، حيث امتلأت جميع النقاط اللاصقة المتاحة.

وبعيداً عن مجرد قياس كمية الرصاص التي تمت إزالتها، حلل العلماء سرعة وطبيعة العملية. واكتشفوا أن الرصاص لم يكتفِ بالجلوس على السطح فحسب، بل انتقل إلى المسام الصغيرة للمادة وفق نمط معقد وُصف بأفضل طريقة من خلال نموذج رياضي محدد يُعرف بنموذج "أفريامي". وهذا يشير إلى أن الامتصاص حدث من خلال مزيج من الالتصاق السطحي والانتشار الداخلي. علاوة على ذلك، أظهرت الدراسة أن العملية تعمل بشكل أفضل في درجات الحرارة المرتفلة، مما يعني أن المادة تمتص المزيد من الرصاص عندما يكون الماء دافئاً. وسلوك هذا يشير إلى أن العملية كانت تلقائية ومدفوعة بزيادة العشوائية (الإنتروبيا) عند الواجهة بين المادة الصلبة والماء السائل. حققت المادة المعالجة سعة إزالة قصوى تزيد عن 6,000 ملليغرام من الرصاص لكل غرام من المادة، وهو رقم يضعها ضمن أكثر المواد الممتزة منخفضة التكلفة فعالية والتي تم تسجيلها لهذا الغرض.

تخلص الدراسة إلى أن تحويل قشور نواة النخيل إلى مرشح للمياه ليس مجرد إمكانية نظرية، بل هو واقع عملي. فمن خلال استخدام مزيج من الحرارة ومادة كيميائية شائعة، نجح الباحثون في تحويل منتج نفايات إلى مادة عالية الأداء قادرة على تنقية الماء من الرصاص. ويتماشى هذا النهج مع مفهوم الاقتصاد الدائري، حيث لا يتم التخلص من النفايات بل إعادة توظيفها لحل مشكلات بيئية أخرى. وتشير النتائج إلى أن المنتجات الثانوية الزراعية، والتي تتوفر بكثرة وبأسعار زهيدة، يمكن هندستها لتصبح حلولاً مستدامة لسلامة المياه. وبينما ركزت هذه الدراسة على الرصاص، فإن المبادئ التي أظهرتها تقدم مساراً واعداً لمعالجة تلوث المعادن الثقيلة في المناطق النامية حيث يندر الوصول إلى تقنيات معالجة المياه باهظة الثمن. إن هذا العمل يقف كشهادة على كيف يمكن لتطوير الموارد المحلية البسيطة أن يحمي الصحة العامة والبيئة.