بحيلة كيميائية بسيطة.. تنقية المياه العادمة بالزيت

انطلق <.A باجپايي> يبحث عن طريقة أنجع لحفظ الخلايا البشرية بتبريدها تبريدا عميقا. على أن هذا الحفظ القَرِّيّ cryopreservation يجب أن يتوخى تفادي التضرُّر بالصقيع – أي تشكل بلورات جليدية تمزق جدرانَ الخلايا وتقتلها. وفي عام 2008، وبينما كان <باجپايي> يجري تجاربه في مستشفى ماساتشوستس العمومي، أدخل الگليسرول glycerol، وهو مادة مقاومة للتجمد، إلى داخل الخلايا ممزوجا بزيت بذور الصويا ليساعد على زيادة تركيز الگليسرول. وفي العام التالي، وأثناء أدائه للامتحان المؤهل للحصول على الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتقانة – مناسبة تتَّسم عادة بالتوتر بلا شك – جرت محادثة طريفة بينه وبين أعضاء لجنة الامتحان بعد استعراضه لأثر زيت الصويا، وقد قيل له: لماذا لا يستعمل زيت الصويا لإزالة الشوائب من المياه؟ بعدئذ قال <باجپايي:> «أعتقد أنه كان واحدا من امتحانات التأهيل النادرة التي أفضت إلى التقدم بطلب براءة اختراع في هذا الشأن.»

وسرعان ما استحدث <باجپايي >عمليةً بسيطةً تستخدم مجموعة غير مألوفة من الزيوت لإزالة الملوثات من المياه. وقد تمثل العملية وسيلة ممتازة للمدن والفعاليات الصناعية والزراعية – وجميعها تُخلِّف مقادير هائلة من المياه العادمة – وذلك بتوفير طرائق لتنقية تلك المياه التي ربما كانت أقل تطلبا لاستهلاك الطاقة، أو أقل تكلفة، أو كليهما معا.

يعد زيت بذور الصويا واحدا من عدد محدود من الزيوت التي تؤدي دور ما يسمى المذيبات الاتجاهية directional solvents. أي إنها تحلُّ الماء من غير أن تحلَّ ما يحويه من الجزيئات الأخرى كالأملاح، علما أن بإمكان زيت الصويا أن يتشرب الماء إذا ما سُخِّن لدرجات حرارة لا تتجاوز 40 درجة مئوية، مخلفا الجزيئات الملوثة، التي تُكشَط فيما بعد وتُستبعَد. ويكفي تبريد المزيج الناتج قليلا ليتحرر الماء الذي جرت تنقيته، ويُجمع بعدئذ لاستعماله ثانية. وهكذا يبقى المذيب غير مكدَّر، ومهيأ لتنقية المزيد من المياه الملوثة.

ويتمثل الأساس هنا في سلسلة ذرات الكربون التي تؤلف العمود الفقري للزيت، الذي هو حمض دهني يقوم معظمه بطرد الماء. ولكن ثمة جزيئا عند إحدى نهايتي السلسلة الكربونية، يعرف بزمرة حمض الكربوكسيل carboxylic acid group، سرعان ما يؤلف رابطة هدروجينية مع الماء.

يقول <.C-J برادلي >[اختصاصي الكيمياء العضوية من جامعة دريكسل]: «لقد أدهشني نجاحُ هذه العملية بالفعل.» ويلحظ أيضا أن اكتشاف هذه الظاهرة كان ممكنا قبل قرن من الزمن، ويضيف: «إنها أكثر ما صادفت في مضمار الكيمياء إثارةً منذ زمن طويل.»

على أن تجارب <باجپايي > أظهرت أن تنقية كوب واحد من الماء تستلزم مقدارا من زيت بذور الصويا يكفي لملء بركة سباحة. ولهذا السبب راح يبحث عن مذيب اتجاهي آخر أكثر كفاءة، واستقر رأيه على استخدام حمض الديكانوي decanoic acid، وهو من مكونات الحليب، ويتمتع بقدرة أكبر على الارتباط بالماء بسهولة. وبإمكان هذا الحمض الدهني أن يحوّل ماء البحر إلى ماء عذب، لكن فاعليته فيما يبدو تكون بأعلى درجاتها لدى استعماله في تحلية المياه المالحة الأكثر تركيزا، مثل مخلفات عمليات التعدين، أو المياه المثقلة بالمواد الكيميائية التي تتدفق من آبار النفط والغاز، ومن ضمنها آباء التشعير⁽⁸⁾ fracking. ويقول <باجپايي>: «إذا كانت مياه البحر مالحة، فإن هذه المياه تفوقها ملوحة ثماني مرات،» ويضيف أن عمليات استخراج النفط والغاز في الولايات المتحدة وحدها تولد تسعة بلايين لتر من المياه الملوثة كل يوم.

يعد زيت بذور الصويا واحدا من عدد محدود من الزيوت التي تؤدي دور ما يسمى المذيبات الاتجاهية directional solvents. أي إنها تحلُّ الماء من غير أن تحلَّ ما يحويه من الجزيئات الأخرى كالأملاح، علما أن بإمكان زيت الصويا أن يتشرب الماء إذا ما سُخِّن لدرجات حرارة لا تتجاوز 40 درجة مئوية، مخلفا الجزيئات الملوثة، التي تُكشَط فيما بعد وتُستبعَد. ويكفي تبريد المزيج الناتج قليلا ليتحرر الماء الذي جرت تنقيته، ويُجمع بعدئذ لاستعماله ثانية. وهكذا يبقى المذيب غير مكدَّر، ومهيأ لتنقية المزيد من المياه الملوثة.

ويتمثل الأساس هنا في سلسلة ذرات الكربون التي تؤلف العمود الفقري للزيت، الذي هو حمض دهني يقوم معظمه بطرد الماء. ولكن ثمة جزيئا عند إحدى نهايتي السلسلة الكربونية، يعرف بزمرة حمض الكربوكسيل carboxylic acid group، سرعان ما يؤلف رابطة هدروجينية مع الماء.

يقول <.C-J برادلي >[اختصاصي الكيمياء العضوية من جامعة دريكسل]: «لقد أدهشني نجاحُ هذه العملية بالفعل.» ويلحظ أيضا أن اكتشاف هذه الظاهرة كان ممكنا قبل قرن من الزمن، ويضيف: «إنها أكثر ما صادفت في مضمار الكيمياء إثارةً منذ زمن طويل.»

على أن تجارب <باجپايي > أظهرت أن تنقية كوب واحد من الماء تستلزم مقدارا من زيت بذور الصويا يكفي لملء بركة سباحة. ولهذا السبب راح يبحث عن مذيب اتجاهي آخر أكثر كفاءة، واستقر رأيه على استخدام حمض الديكانوي decanoic acid، وهو من مكونات الحليب، ويتمتع بقدرة أكبر على الارتباط بالماء بسهولة. وبإمكان هذا الحمض الدهني أن يحوّل ماء البحر إلى ماء عذب، لكن فاعليته فيما يبدو تكون بأعلى درجاتها لدى استعماله في تحلية المياه المالحة الأكثر تركيزا، مثل مخلفات عمليات التعدين، أو المياه المثقلة بالمواد الكيميائية التي تتدفق من آبار النفط والغاز، ومن ضمنها آباء التشعير⁽⁸⁾ fracking. ويقول <باجپايي>: «إذا كانت مياه البحر مالحة، فإن هذه المياه تفوقها ملوحة ثماني مرات،» ويضيف أن عمليات استخراج النفط والغاز في الولايات المتحدة وحدها تولد تسعة بلايين لتر من المياه الملوثة كل يوم.

المصدر: مجلة العلوم