تكنولوجيــا النانــو تحـدث ثــورة في حماية البيئــة
تعد تكنولوجيا النانو من أحدث ما توصل إليه التطور التكنولوجي والعلمي في السنوات الأخيرة، فهي تخفض من استهلاك الموارد وتوفر بدائل للمواد الأولية النادرة، كما تقلل من استخدام المواد الخطرة على النظام البيئي و ترفع بالمقابل كفاءة المنتجات، و تساهم أيضا في الحد من الانبعاثات والتصريفات، وتتيح إمكانية تدوير المخلفات واستثمارها لإعادة استخدامها كمواد أولية.
رميساء جبيل
و يوضح مختصون، بأن هذه التكنولوجيا هي تقنية يكمن محورها في دراسة المادة وفهمها ومعالجتها، إذ يتعلق المصطلح بفهم الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية و تطبيقها على المقاييس الذرية والجزيئية والتحكم بها، لإنشاء مواد جديدة ذات أنظمة وظيفية وقدرات فريدة، يمكن توظيفها في مختلف المجالات العلمية كالفيزياء والكيمياء وعلوم المواد و البيولوجيا والهندسة.
وكشفت الأبحاث، أن تطبيق تقنية النانو مفيد في عملية تنقية المياه وإنتاج الألواح الكهروضوئية عالية الكفاءة، وكذا إنتاج أجهزة الاستشعار و بطاريات جديدة لتخزين الطاقة بيئيا، كما يمكن أن تساعد أغشية النانو على فصل المواد الكيميائية الضارة عن مواد النفايات فضلا عن استخدام نظم الطاقة البديلة.
استخدامات عملية وفعالية عالية
ويعد مجال حماية البيئة من أبرز المجالات التطبيقية التي توليها تكنولوجيا النانو اهتماما كبيرا، فيمكن استخدامها في عملية التنظيف الذاتي للأسطح باستعمال مواد نانوية صديقة للبيئة، تتفاعل مع الأشعة فوق البنفسجية كما في زجاج السيارات والشبابيك والدهانات، وكذلك استخدام الجسيمات النانوية التي تعمل على التخلص من الملوثات والروائح الكريهة، ويمكن للآلات المجهرية إزالة الكيماويات السامة من مياه الصرف التي تُطرح في الأنهار.
حسب الدكتور عبد المالك زحاف، وهو باحث في المجال قابلته النصر، على هامش ملتقى دولي حول تكنولوجيا النانو و دورها في حماية البيئة وإنتاج طاقات متجددة ونظيفة، فإنه من المهم جدا تثمين البحوث العلمية في المجال لأنها تسمح باستخدام مواد صحية ونظيفة في الصناعة لخدمة الصحة العمومية واقتصاد البلاد.
وتطرق المتحدث، إلى أهمية التعريف بالتقنية ومجالات استخدامها، وكيف يمكن استغلالها في ما يفيد البشرية والكرة الأرضية، وصناعة معدات ولوازم يومية الاستعمال، دون أن تترك آثارا سلبية على صحة الفرد، ولا تؤدي إلى تلويث البيئة، للحد من أثر المواد التي تفقد طبيعتها مع مرور الزمن وتطرأ عليها تغييرات كثيرة، مشيرا إلى أن معادن مثل الحديد والنحاس والألمنيوم والنيكل مع كثرة استعمالها وتعرضها لعدة متغيرات كالحرارة والعوامل البيئية، تبدأ بفقد خواصها المميزة فتصبح حينئذ مضرة بالصحة والبيئة عموما.
كما قال زحاف، إنه يمكن إنتاج طاقات متجددة اعتمادا على تكنولوجيات النانو، التي أحدثت تغييرات كبيرة في العالم ما جعل كثيرا من الدول تسعى لاكتسابها، خصوصا ما يُعنى بتحويل الطاقة الشمسية إلى تيارات كهربائية من خلال الألواح، مشيرا، إلى أهمية مواكبة التطورات العلمية والتحولات التكنولوجية الطارئة على العالم، للحد من تفاقم المشاكل البيئية والتقليل من استنزاف المواد الأولية.
وأوضح المتحدث، بأن التحكم في انبعاث الغازات في بعض المحيطات أو الأحياء، يكون عادة عبر حساسات ومستشعرات لروائح الغاز التي قد تضر بصحة الإنسان، لهذا فمن الجيد حسبه، تركيب مثل هذه الأجهزة في المناطق التي بها نسبة تلوث عالية، بحيث ترسل الحساسات رسالة إلى مركز معالجة البيانات المركزية للجهة المختصة في المعالجة، سواء البلدية أو الولاية أو أي هيئة أخرى، كما يمكن اعتماد هذه التكنولوجيا في تحلية مياه البحر وتنقية مياه السدود والتخلص من الشوائب التي تجعل من المياه غير صالحة للشرب، وهي مفيدة في مجال الطاقات المتجددة باستخدام الألواح الشمسية كبديل للرياح.
أكسيد الزنك لحماية البيئة والتطبيقات الطبية
وتطرق من جانبه، الباحث في طور الدكتوراه سامي الظهابي، إلى تأثير طبقة البذور المغموسة في الخواص المورفولوجية والبصرية لنمو نانورودات أكسيد الزنك بالطريقة الحرارية المائية، إذ حظي أكسيد الزنك باهتمام كبير في الدوائر العلمية والتكنولوجية حسبه، نظرا لخصائصه الرائعة كمادة شِبه موصِلة مع طاقة فجوة نطاق تبلغ حوالي 3.37 فولت، بالإضافة إلى ذلك يعرض أكسيد الزنك طاقة ربط أكسيتون كبيرة تبلغ 60 ميغا فولط، ويدخل في أبحاث واسعة النطاق بتكنولوجيا النانو، منها أجهزة الاستشعار مثل مستشعر الغاز « زويين» وغيره، وفي الإلكترونات الضوئية في الأجهزة الباعثة للضوء « زينغ هي» و» يون لي».
وفي المجالات البيئية، يعتمد أكسيد الزنك في معالجة المياه والخلايا الشمسية « ميت جي باك» و» إل»، وحتى في التطبيقات الطبية الحيوية كتوصيل الأدوية والتصوير والعلاج، وفي التشكل والتحليل الهيكلي أين يتم عرض صُور « ماب» لأقطاب أكسيد الزنك النانوية في دورات مختلفة من الطلاء، كما تُظهر القضبان النانوية توزيعا موحدا وبنية سداسية متجانسة مع محاذاة رأسية على الركيزة الزجاجية، وقال المتحدث، إن تجربته قد نجحت في تصنيع أقطاب أكسيد الزنك النانوية باستخدام طريقة الطلاء بالغمس لطبقة البذور وتقنية النمو الحراري المائي، حيث ظهرت العصي النانوية في شكل سداسي وزاد متوسط قطرها من 60 نانومتر إلى 450 نانومتر، مع تضاعف عدد دورات الطلاء بالغمس، كما أشار تحليل حيود الأشعة السينية إلى تحسن البلورة في العينة مع عدد أكبر من دورات الطلاء بالغمس.
وأوضح المتحدث، أن النتائج المتوصل إليها، تُوفر رؤى قيمة للتوليف والتطبيقات المخصصة لأقطاب أكسيد الزنك النانوية في مجالات مختلفة مثل التحفيز الضوئي والإلكترونيات الضوئية.
أجهزة الاستشعار الكيميائية للكشف عن المركبات العضوية المتطايرة
وذكرت طالبة الدكتوراه، ليلى غرين، أن المركبات العضوية المتطايرة هي مجموعة مواد عضوية تتبخر بسهولة في درجة حرارة الغرفة، إذ يمكن العثور عليها في العديد من المنتجات المنزلية والعمليات الصناعية والانبعاثات البيئية، والتي تعد ضارة بالعديد من الكائنات الحية والأنظمة البيئية بشكل عام، ولكل مركب عضوي متطاير سُمِّيّته التي تؤثر سلبا على الصحة، وقد نجدها في العمليات الصناعية، ومخلفات السيارات والمذيبات الاستهلاكية كما أوضحت.
وأشارت المتحدثة، إلى أن التعرض طويل المدى لبعض المركبات العضوية المتطايرة مثل البنزين و التولوين، يزيد من خطر الإصابة بالسرطان بما في ذلك سرطان الدم، كما تؤدي المركبات العضوية المتطايرة في البيئة، إلى تلوث الهواء عن طريق تكوين الأوزون على مستوى الأرض، و هذا الأخير يضر بالنباتات ويؤدي إلى تكوين الضباب الدخاني، فضلا عن كون المركبات العضوية المتطايرة المحددة مثل الميثان من الغازات الدفينة القوية التي تُفاقم مشكلة تغير المناخ.
وتلعب أجهزة الاستشعار الكيميائية على حد قوله، دورا محوريا في الكشف عن المركبات العضوية المتطايرة، حيث صُممت أجهزة الاستشعار لتحديد وقياس وُجود مواد كيميائية محددة، بما في ذلك المركبات العضوية المتطايرة في البيئة، مضيفة أن أجهزة الاستشعار الكيميائية تكون في العادة مصممة لاستقبال التحفيز وتحوِيلُه إلى وحدة قابلة للقياس، تتكون من عنصرين رئيسيين، يتمثلان في الطبقة الحساسة وهي عِبارة عن جُزء حيوي قادِر على التعرف على جزيئات مُستهدفة محددة والارتباط بها، وهذا هو الجُزء الذي يسمح بالتعرف الانتقائي والعكس للغاز المستهدف.
كما أن المحول حسب الطالبة، يسمح بتحويل النتيجة النهائية للتفاعل بين المادة التحليلية والعُنصر الحساس إلى إشارة يمكن قياسها بسهولة وغالبا ما تكون في شكل إشارة كهربائية أو ضوئية أو صوتية اعتمادا على نوع النقل، ومن بين الأنواع المختلفة من أجهزة الاستشعار الكيميائية هناك ما يمكن استخدامه للكشف عن المركبات العضوية المتطايرة، ويوفر استخدام « كي سي أم» كمحول طاقة حساسية استثنائية و له قدرات مراقبة في الوقت الفعلي، مما يجعله أداة قيمة في تطبيقات مختلفة بدءا من مراقبة جودة الهواء الداخلي وحتى التحكم في الانبعاثات الصناعية، كما يمكن استخدام الجرافين في مستشعر الغاز لتحسين أداء استشعار الغازات المنبعثة نظرا لزيادة مسامية الغشاء لتسهيل انتشار جزيئات الغاز.وقالت، إن الجرافين حظي باهتمام كبير في مجموعة واسعة من التطبيقات باعتباره مادة نانوية ممتازة، فمساحة سطحها كبيرة محددة وذات استقرار كيميائي عال، وتتميز بخواص كهربائية جيدة، و على الرغم من هذه الخصائص الجذابة فإن مستشعرات الغاز القائمة على الجرافين لديها حساسية مُنخفضة بسبب تهجين « أس بي 2» القوي الذي يجعل الجرافين النقي خاملا للعديد من جزيئات الغاز، وللتغلب على هذه العيوب أظهرت العديد من الأعمال المبلغ عنها أن بناء طبقات الاستشعار ذات البنية المتجانسة أصبح عملية بسيطة وفعالة كطريقة لتحسين خصائص استشعار الغاز.
وقالت أيضا، إنه يتم إنشاء مواقع الامتصاص على سطح مركب النانو، حيث تعمل مساحة السطح المتزايدة على تسهيل المزيد من التفاعلات مع جزيئات المركبات العضوية المتطايرة مما يؤدي إلى تحسين قدرات الكشف وتقليل التداخل كونه يلعب دور الحاجز، و يضمن الكشف الدقيق عن المركبات العضوية المتطايرة، كما تعمل الزيادة في مسامية الغشاء على تحسين أداء استخدام الغاز عن طريق تسهيل انتشار الجزيئات.
وذكرت، أن مورفولوجية السطح تبدو وكأنها نسبية وفي هذه الحالة تستوعب الطبقة الحساسة عددا أكبر من مواقع الامتصاص الكيميائي مما يؤدي إلى فقدان خصائص الامتزاز للمستشعر، مشيرة إلى أن الهدف من دراستها البحثية، هو إنشاء مستشعر للمركبات العضوية، باستخدام بنية مغايرة كطبقة حساسة لموازنة كريستال كوارتز الدقيق كمحول للطاقة، ولتعزيز حساسية المستشعر تتم إضافة طبقة رقيقة من « إش إم دي إس»، عبر ترسيب البخار الكيميائي المعزز بالبلازما فوق طبقة جرافين، مما يزيد من المواقع النشطة لتفاعل الغاز من خلال تشغيل سطح البلازما، مشيرة، إلى أن المستشعر المصنع بمثابة وعد للتطبيقات في مجال المراقبة البيئية والرعاية الصحية البشرية نظرا لخصائص الكشف المميزة.
