Synergistic Sonocatalytic Degradation of Sulfasalazine Using Green-Synthesized Nanoscale Zero-Valent Iron: Optimization, Kinetics, and Toxicity Assessment
تُظهر هذه الدراسة أن الحديد نانوي التكافؤ صفري التكافؤ (nZVI) المُصنّع حيوياً من مستخلص أوراق البلوط، عند دمجه مع الموجات فوق الصوتية وبيروكسيد الهيدروجين في نظام "سونو-فنتون" (sono-Fenton)، يعمل بفعالية على تفكيك السلفاسالازين ومياه الصرف الصحي الدوائية بكفاءة عالية، وحركية سريعة، وتمعدن كبير، وخفض ملحوظ في السمية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تزداد المياه التي تتدفق من صنابيرنا ومن الأنهار حِملاً خفياً: آثار أدوية تناولها الناس ثم تخلصوا منها عبر التصريف. أحد هذه الأدوية هو السلفاسالازين، وهو عقار يُستخدم لعلاج الحالات الالتهابية الخطيرة مثل التهاب المفاصل وأمراض الأمعاء. وبينما يساعد هذا العقار المرضى، إلا أنه يتميز بالعناد؛ فهو لا يتحلل بسهء في الطبيعة، وغالباً ما تفشل محطات معالجة المياه القياسية في إزالته. وعندما تبقى هذه المادة الكيميائية عالقة في البيئة، يمكن أن تضر بالحياة المائية وتساهم في ظهور بكتيريا تقاوم المضادات الحيوية. ولطالما سعى العلماء لإيجاد طريقة لتدمير هذه الملوثات المستمرة دون خلق نفايات جديدة، متوجهين بدلاً من ذلك إلى أساليب تستخدم تفاعلات كيميائية قوية لتفكيك الجزيئات.
وقد طور فريق من الباحثين الآن طريقة تجمع بين ثلاثة عناصر متميزة لمعالجة هذه المشكلة: محفز مصنوع من الحديد، وبيروكسيد الهيدروجين، والموجات الصوتية. المحفز هو نوع خاص من جزيئات الحديد، صغيرة جداً لدرجة أن الآلاف منها يمكن أن يتسعوا فوق رأس دبوس. وما يجعل هذا النهج فريداً هو كيفية صنع الحديد؛ فبدلاً من استخدام مواد كيميائية صناعية قاسية، استخدم الباحثون مستخلصاً بسيطاً من أوراق البلوط. تحتوي هذه الأوراق على مركبات طبيعية تعمل كيدٍ لطيفة، توجه ذرات الحديد لتتجمع معاً في كرات صغيرة نشطة. ويتجنب هذا "التخليق الأخضر" النواتج الثانوية السامة، ويترك جزيئات الحديد مغلفة بطبقة واقية من المادة النباتية، مما يساعد في الحفاظ على استقرارها ونشاطها.
ولاختبار هذا النظام، وضع الباحثون عينة من مياه ملوثة بالسلفاسالازين في مفاعل زجاجي. ثم أضافوا جزيئات الحديد المستخلصة من أوراق البلوط وجرعة من بيروكسيد الهيدروجين، وهو مؤكسد شائع. بعد ذلك، أدخلوا الموجات فوق الصوتية، وهي موجات صوتية عالية التردد تخلق الملايين من الفقاعات الصغيرة المنهارة في السائل. ومع انفجار هذه الفقاعات، تولد حرارة وضغطاً موضعيين شديدين. وتساعد هذه القوة الفيزيائية في تكسير بيروكسيد الهيدروجين إلى شظايا شديدة التفاعل تهاجم جزيئات الدواء. وتعمل جزيئات الحديد كشرارة تسرع عملية إنشاء هذه الشظايا التفاعلية، بينما تضمن الموجات الصوتية بقاء الحديد مشتتاً وعدم تكتله بلا فائدة.
كانت النتائج مذهلة؛ ففي ظل أفضل الظروف، أزال النظام ما يقرب من 96 بالمائة من السلفاسالازين من الماء في غضون تسعين دقيقة فقط. وقد عملت العملية بكفاءة كبيرة لدرجة أن جزيئات الدواء لم تُفكك فحسب، بل تحولت إلى حد كبير إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، وهي عملية تُعرف بالتمعدن. ووجد الباحثون أن المكونات الثلاثة تعمل بشكل أفضل معاً؛ فاستخدام الصوت وحده، أو الحديد وحده، أو البيروكسيد وحده لم يعطِ سوى نتائج ضئيلة جداً. لقد كان الجمع بين العناصر الثلاثة هو ما خلق تآزراً قوياً، حيث أصبح الكل أكبر بكثير من مجموع أجزائه.
كما اختبر الفريق هذه الطريقة على مياه صرف حقيقية من مصنع للأدوية، والتي تحتوي على مزيج معقد من الأملاح ومواد كيميائية أخرى غالباً ما تعيق عمليات التنظيف. وحتى في هذه البيئة الصعبة، أزال النظام حوالي 78 بالمائة من الدواء وقلل بشكل كبير من سمية المياه. قبل المعالجة، كانت المياه سامة لدرجة أنها أوقفت نمو البكتيريا الشائعة بنسبة تقارب 90 بالمائة. أما بعد المعالجة، فقد انخفض هذا التثبيط إلى 10 إلى 20 بالمائة فقط، مما يشير إلى أن المادة الكيميائية الخطرة قد تحولت إلى شيء أكثر أماناً للبيئة.
تُظهر هذه الدراسة أن محفزاً مصنوعاً من ورقة شجر شائعة، عند اقترانه بالصوت ومؤكسد بسيط، يمكنه تنقية المياه بفعالية من الملوثات الدوائية المستعصية. ويقدم هذا الأسلوب مساراً للمضي قدماً في معالجة مياه الصرف الصحي بطريقة تكون فعالة وصديقة للبيئة في آن واحد، بالاعتماد على المواد الطبيعية لحل مشكلة صناعية حديثة. وقد أكد الباحثون أن جزيئات الحديد ظلت مستقرة أثناء العملية، وأن النظام يمكنه التعامل مع الكيمياء المعقدة لمياه الصرف الحقيقية، مما يشير إلى إمكانية كونه أداة عملية لحماية موارد المياه من التهديد المتزايد للتلوث الدوائي.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.