فعالية جسيمات الفضة النانوية في تحسين جودة المياه وإزالة الميكروبات

هل سبق لك أن تخيلت حياة بدون ماء؟ تخيل لحظة واحدة عالما دون ماء… سيكون العالم مكانًا جافًا ومظلمًا، كل شريان في الحياة على كوكبنا يعتمد على هذه النعمة البسيطة التي تشكل أساس وجودنا بداية من الينابيع التي تعيد الحياة للأرض إلى الكؤوس التي ترطب عطشنا، فالماء هو المفتاح الذي يربط بين جميع أشكال الحياة على كوكبنا، فهو ليس مجرد سائل يروي عطشنا، بل هو العنصر الحيوي الذي يضمن استمرارية الحياة بداية من أصغر الكائنات الدقيقة إلى أضخم الأشجار، جميعها تعتمد على الماء للنمو وللبقاء على قيد الحياه.

ومع تزايد التلوث والتحديات البيئية كيف نضمن أن هذا العنصر الثمين يظل نظيفًا وآمنًا؟ هل نحن على يقين من أن كل قطرة ماء نستخدمها نظيفة لا تسبب أي مشاكل صحية؟ إن استمرارية الحياة تعتمد على مدى قدرتنا في الحفاظ على جودة مياهنا نظيفة خالية من أي شوائب لذلك  أصبح الابتكار في تقنيات تنقية المياه ليس مجرد خيار، بل ضرورة ملحة لضمان صحة وسلامة الأجيال القادمة.

وفي ظل مواجهة التحديات البيئية والصحية المختلفة تتجه الأنظار نحو التكنولوجيا النانوية كحل مبتكر لتنقية مياه الشرب، وكعادة تكنولوجيا النانو تظهر لنا حلول مبتكرة لا بديل لها تعزز من كفاءة فلاتر المياه، حيث تعتبر الجسيمات النانوية الفضية (AgNPs) من أكثر الابتكارات الواعدة في هذا المجال بفضل خصائصها الفريدة المظهرة والمضادات للميكروبات، مما يجعلها خيارًا مثاليًا لتحسين أداء فلاتر المياه في إزالة البكتيريا، ومن هنا يمكننا اعتبار هذا التطور بمثابة خطوة كبيرة نحو مستقبل أكثر أمانًا في تنقية مياه الشرب، مع تقليل الحاجة إلى المواد التقليدية المستخدمة في الفلاتر.

تطبيقات الجسيمات النانوية الفضية في أنظمة تنقية المياه وتحسين جودتها

وفقًا لمنظمة الصحة العالمية (WHO)، هناك حوالي مليار شخص في جميع أنحاء العالم لا يملكون مياه صالحة للشرب، لذلك أصبح هناك اهتمام كبير في استخدام تقنيات النانو البيولوجية لتنقية المياه، وتعتبر جسيمات الفضة النانوية مناسبة للأنظمة الصغيرة أو الاستخدام المباشر في تنقية المياه باعتبارها صديقة للبيئة، آمنة، سهلة الاستخدام والتوزيع، وتستهلك طاقة منخفضة وتم عمل دراسة عليها بهدف تطوير فلتر مياه معدل باستخدام الجسيمات النانوية الفضية، في هذه الدراسة تم استخدام الجسيمات النانوية الفضية المدمجة في فلاتر التناضح العكسي (RO) لتحسين فعالية تنقية المياه الملوثة بالبكتيريا الضارة، وتم إدخال الجسيمات النانوية الفضية بتركيزات متنوعة مستفيدين أكبر استفادة من خصائصها المضادة للبكتيريا والتي كانت تستخدم منذ قرون في تخزين المياه الصالحة للشرب، وتم استخدام نوعين من فلاتر RO:

• فلتر التحكم: بدون الجسيمات النانوية الفضية.
• فلتر الاختبار: مدمج به الجسيمات النانوية الفضية.

أثناء إجراء الدراسة كانت تركز عملية التنقية على تعطيل البكتيريا الضارة عن طريق جسيمات الفضة النانوية المدمجة في غشاء RO، بدلاً من مجرد إزالتها، وفي النهاية تم مقارنة فعالية الفلتر في إزالة الميكروبات من المياه الملوثة وتم فحص تحسين الجودة الفيزيائية والكيميائية للمياه، مع تمام التركيز على إيجاد أفضل تركيز للجسيمات النانوية الفضية لتحقيق إزالة فعالة للميكروبات وتوفير مياه شرب آمنة، وكان الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو العثور على تكنولوجيا بديلة من خلال أفضل تركيز لجسيمات الفضة النانوية المدمجة في أغشية التناضح العكسي، والتي يمكنها إزالة الميكروبات تمامًا من المياه المختبرة وإنتاج مياه صالحة للشرب للأشخاص الذين لا يملكون مياه صالحة للشرب.

استخدام الجسيمات النانوية الفضية في تحسين أداء فلاتر RO

في عصرنا الحديث تتزايد الحاجة لتطوير تقنيات صديقة للبيئة لتصنيع جسيمات الفضة النانوية التي لا تعتمد على المواد الكيميائية، حيث توفر البيولوجيا إمكانيات واسعة لتطبيقات تصنيع هذه الجسيمات بطرق طبيعية ومستدامة، ما يعزز جودة حياة الإنسان عبر تطبيقات متعددة بداية من توصيل الأدوية وصولا إلى تحسين جودة المياه، ومن أجل تطبيق هذه الفلسفة البيئية في مجال تنقية المياه قامت دراسة بالتركيز على استخدام الجسيمات النانوية الفضية والتي تعد بديلاً مثيرًا للإعجاب عن الطرق التقليدية في معالجة المياه، فبدلاً من الاعتماد على المواد الكيميائية السامة تم استغلال التنوع البيولوجي المحلي في ولاية بيهار لعزل كائنات ميكروبية قادرة على إنتاج الجسيمات النانوية الفضية بشكل طبيعي، وتتمثل المواد والطريقة المستخدمة في الدراسة المتعلقة بالجسيمات النانوية الفضية وأغشية التناضح العكسي (RO) لتنقية المياه كالتالي:

• الجسيمات النانوية الفضية (AgNPs): تم تصنيع الجسيمات النانوية الفضية باستخدام بكتيريا محلية من خلال تفاعلها مع نترات الفضة، مما يوفر طريقة أكثر أمانًا وصديقة للبيئة، في هذه الدراسة  أظهرت الجسيمات النانوية الفضية فعالية ملحوظة في القضاء على الميكروبات، مما يعزز من إمكانيات استخدامها في تحسين جودة المياه.
• أغشية التناضح العكسي (RO-membranes): بالتوازي مع تصنيع الجسيمات النانوية الفضية تركز الدراسة على تطبيق هذه الجسيمات في فلاتر التناضح العكسي (RO)، وبمقارنة فعالية فلاتر RO المدمجة بالجسيمات النانوية الفضية مع فلاتر أخرى مدمجة بنترات الفضة أظهرت النتائج أن الفلاتر التي تحتوي على الجسيمات النانوية الفضية كانت أكثر كفاءة في معالجة المياه، حيث تسربت منها كمية أقل من الفضة مقارنة بالفلاتر المعالجة بنترات الفضة، مما يعزز استدامة وكفاءة الفلاتر.
• تركيب نظام فلترة المياه باستخدام أغشية التناضح العكسي المدمجة بجسيمات الفضة النانوية:  تم استخدام حامل حديدي متحرك بوزن 50 كجم، يحتوي على عمودين وصفين، وتم وضع 4 براميل بلاستيكية بسعة 10 لترات على الحامل: 2 لتخزين عينات المياه و2 لجمع المياه الخارجة، وتم تركيب الفلاترفي الصف العلوي عن طريق تركيب حاويات العينات لتخزين المياه الملوثة، المتصلة بأغشية التناضح العكسي، وفي الصف السفلي، وضعنا حاويات لجمع المياه الخارجة من النظام، وتم تثبيت نظام فلترة المياه باستخدام أغشية التناضح العكسي المدمجة بجسيمات الفضة النانوية.

في النهاية تتضمن هذه الدراسة تصنيع وتركيب نظام فلترة مياه باستخدام جسيمات الفضة النانوية وأغشية التناضح العكسي، مع التركيز على تحسين جودة المياه وتنقيتها من الميكروبات.

تقييم فعالية الجسيمات النانوية الفضية في إزالة بكتيريا الإشريكية القولونية من المياه

في ظل الطلب المتزايد على تقنيات فعالة لتطهير المياه قامت دراسة حديثة بتقييم فعالية الجسيمات النانوية الفضية (AgNPs) كمطهر مضاد للبكتيريا ضد بكتيريا الإشريكية القولونية (E. coli)، وأظهرت النتائج أن الفلاتر المعالجة بجسيمات النانوية الفضية كانت أكثر فعالية في تعطيل بكتيريا الإشريكية القولونية مقارنة بالفلاتر غير المعالجة (التحكم)، وتم تحقيق أعلى فعالية ميكروبية عند استخدام AgNPs بتركيز 0.1 مم، كما أظهرت الدراسة أن الجسيمات النانوية الفضية ذات الأحجام التي تتراوح بين 1-100 نانومتر كانت أكثر فعالية في الخصائص المضادة للبكتيريا. وأشارت الدراسات السابقة إلى أن نظام الفلترة باستخدام AgNPs يمكن أن يزيل 100% من بكتيريا الإشريكية القولونية. كذلك، تم تسجيل نتائج مشابهة في دراسة أخرى استخدمت نظام Ag/fibreglass الذي حقق فعالية في إزالة الإشريكية القولونية خلال أول 10 دقائق من التشغيل وكانت النتيجة كالتالي:

• اللون والرائحة: المياه المعالجة باستخدام AgNPs كانت عديمة اللون وبدون رائحة، بينما المياه غير المعالجة كانت ذات لون أحمر قليل ورائحة كريهة.
• الصلابة: صلابة المياه في وحدة AgNPs كانت 80 ملغ/لتر، مقارنة بـ 230 ملغ/لتر في الوحدة غير المعالجة.
• الصلبة الكلية (TDS): لوحظ ارتفاع TDS خلال الشطف الأولي ثم انخفاضه، مع ارتفاع طفيف لاحقاً.

تشير هذه النتائج إلى أن الجسيمات النانوية الفضية مناسبة للتطبيق في أنظمة تنقية المياه، حيث تعمل كعامل مضاد للميكروبات وتحسن من جودة المياه. بعد التحليل الفيزيائي والكيميائي والميكروبيولوجي، وُجد أن التركيز العالي من AgNPs يساهم في تحسين أداء الفلاتر بشكل كبير من خلال تقليل عدد البكتيريا الملتصقة على الغشاء وزيادة فعالية الفلترة.

مصادر