ترجمة: منار أياسو، الكيمياء العربي
قام يو تسوي Yi Cui بروفيسور في جامعة ستانفورد وطلابه بتحويل مادة يشيع استخدامها في تصنيع القفازات الجراحية إلى مرشح هواء عالي الكفاءة ومنخفض التكلفة، ويمكن استخدامه لتحسين نوعية الكمامات ومناخل النوافذ بالإضافة لفلترة العوادم التي تنطلق من محطات توليد الطاقة الكهربائية. حيث تم نشر البحث في العدد الحالي من مجلة (Nature Communication).
قام يو تسوي بعدة رحلات عمل إلى الصين في السنوات القليلة الماضية، وفي كل مرة يجد صعوبة في التنفس بسبب الدخان الذي تنتجه وسائط النقل ومحطات توليد الطاقة من الفحم.
وبعد عدة رحلات أتى تسوي، بروفيسور مساعد بهندسة وعلوم المواد في جامعة ستانفورد، بفكرة للتخلص من التلوث. وعمل مع طلابه الخريجين على تصميم فلتر هواء منخفض التكلفة وذو كفاءة مرتفعة يسهل عملية تنفس الأشخاص المقيمين في مدن ملوثة.
يقول تسوي: “يحب فريق عمل مختبري حل المشكلات حتى لو لم يقوموا بالعمل عليها مسبقاً، ونعتقد أنه بإمكاننا استخدام هذه المادة في الكمامات الشخصية ومناخل النوافذ وربما في وسائط النقل والمخلفات الصناعية، إنها حقا تعمل بشكل جيد وقد تكون طريقة منافسة”.
كانت هذه المرة الأولى التي قد يصمم فيها طلاب البروفيسور تسوي فلترا للهواء حيث أنهم يختصون بالمواد النانونية ويركزون بالمقام الأول على تكنولوجيا البطاريات لذلك لم يستخدموا المواد التقليدية التي تستخدم عادة في مرشحات الهواء.
بدلاً من ذلك بحثوا عن بوليميرات تتمتع بخاصية الجذب القوي لمكونات الدخان الرئيسية وعلى وجه الخصوص دقائق المكونات الأصغر من 2.5 ميكرون والتي تشكل الخطر الأكبر على جهازنا التنفسي وصحتنا بشكل عام مع العلم أنّ أنظمة الفلترة الحالية تستطيع إزالة هذه المكونات من الجو ولكن تحتاج إلى كميات كبيرة من الطاقة.
وقد أتضح لنا أن بوليمير البولي أكريلو نتريل PAN الشائع استخدامه في تصنيع قفازات العمليات الجراحية يمتلك تلك المتطلبات .
يقول بو تشون Po-Chun Hsu باحث مشارك في الدراسة وطالب دراسات عليا في مختبر تسوي: “رافق الحظ معظم عملنا ولكننا وجدنا في النهاية ذلك البوليمير الذي يمتلك الخصائص التي كنا نبحث عنها والموافق لمتطلباتنا بشكل مذهل”.
وباستخدام تقنية الغزل الكهربائي قام الباحثون بتحويل البولي أكريلو نتريل السائل إلى ألياف تشبه شبكة العنكبوت والتي لا يتجاوز قطرها جزء من الألف من شعرة الأنسان.
وفي الدراسة قرب الباحثون ضباب بكين بجعل الدخان يتدفق من خلال حرق البخور عند كثافات مختلفة من الليف، ومن ثم أجروا لاحقا اختبار ميداني في بكين.
بلغت شفافية المادة بشكلها النهائي 70% والتقطت حوالي 99% من الجسيمات.
“تقوم الألياف بتجميع عشرة أضعاف وزنها فقط من الجسيمات” هذا ماقاله تشونغ ليو باحث مساعد في الدراسة وطالب دراسات عليا في مختبر تسوي: “حيث يعتمد عمر المادة وانخفاض فعاليتها على مدى التطبيق ولكن تشير دراستنا أن المادة بشكلها الحالي تستطيع جمع الدقائق لمدة أسبوع على الأغلب”.
يقول تسوي: “أول تطبيقين مباشرين للمادة سيكون على أنظمة بسيطة كالكمامات ومناخل النوافذ ولربما أنظمة تنقية الهواء في المستشفيات”.
ويقول أيضاً: “إنّ شفافية المادة والمسافة بين أليافها تسمح للضوء والهواء بالمرور من خلالها بسهولة وكفاءة عالية مما يجعلها جيدة التطبيق على النوافذ، ولربما تكون المرة الأولى في السنة التي يستطيع فيها سكان بكين فتح النوافذ والسماح للهواء المنعش بالدخول لمنازلهم”.
وقد تستخدم هذه المواد في تنقية الغازات الناتجة من عوادم السيارت ومداخن محطات توليد الطاقة الكهربائية والمجمعات الصناعية ولكن هذه التطبيقات كما يقول تسوي تتطلب اختبارات اضافية على المادة للتأكد من قدرتها على تحمل المركبات الحمضية والمواد السامة التي تطلقها هذه الأنواع من العوادم.
المصدر:
Stanford engineers develop new air filter that could help Beijing residents breathe easily. (n.d.). Stanford News. Retrieved March 4, 2015, from http://news.stanford.edu/news/2015/february/filter-air-pollution-021815.html
