ناقش قسم الكيمياء في كلية التربية للعلوم الصرفة (ابن الهيثم) بجامعة بغداد أطروحة الدكتوراه الموسومة “تحضير وتشخيص متراكبات كاربونية نانوية صديقة للبيئة ودراستها في إزالة بعض الملوثات”، المقدمة من الباحث تكليف ذياب صلال راضي، بإشراف الأستاذ الدكتور أحمد محمد عباس، اختصاص الكيمياء الفيزياوية.
هدفت الأطروحة إلى تطوير مواد نانوية صديقة للبيئة بالاعتماد على مبادئ الكيمياء الخضراء، من خلال استخدام المستخلصات المائية والإيثانولية لأوراق نباتي النارنج والبرتقال في تحضير جسيمات أوكسيد الحديد النانوية (α-Fe₂O₃ وFe₃O₄) وتشخيصها باستخدام تقنيات تحليلية متقدمة. كما تضمنت الدراسة استثمار المخلفات النباتية الناتجة عن عمليات الاستخلاص لإنتاج سطوح مازة، فضلاً عن تحضير الكاربون المنشط والمتراكبات الكاربونية النانوية، بهدف استخدامها في معالجة المياه وإزالة صبغة البلورات البنفسجية من المحاليل المائية بكفاءة عالية.
وتناولت الدراسة تقييم كفاءة المواد المحضرة من خلال إجراء دراسات الحركية والاتزان (الإيزوثيرم) والثرموديناميكية لعملية الامتزاز، بما يسهم في تطوير تقنيات مستدامة لمعالجة المياه والحد من الملوثات باستخدام مواد منخفضة الكلفة وصديقة للبيئة.
وتألفت لجنة المناقشة من السادة:
الأستاذ الدكتور ظافر تموين عجيل – رئيساً.
الأستاذ الدكتور عبدالقادر حسين نعمة – عضواً.
الأستاذ المساعد الدكتورة سندس هادي مرزا – عضواً.
الأستاذ المساعد الدكتورة إيناس حسين علي – عضواً.
الأستاذ المساعد الدكتورة منى عبدالرسول كاظم – عضواً.
الأستاذ الدكتور أحمد محمد عباس – عضواً ومشرفاً.
وأشادت اللجنة بالجهد العلمي المبذول في الأطروحة وأهميتها في توظيف التقنيات النانوية والكيمياء الخضراء لإيجاد حلول مبتكرة لمعالجة الملوثات البيئية، بما يعزز البحث العلمي التطبيقي ويسهم في خدمة المجتمع وتحقيق التنمية المستدامة.
أهداف التنمية المستدامة التي تدعمها الأطروحة:
الهدف السادس: المياه النظيفة والنظافة الصحية (SDG 6) من خلال تطوير مواد مازة فعالة لمعالجة المياه وإزالة الملوثات العضوية.
الهدف التاسع: الصناعة والابتكار والهياكل الأساسية (SDG 9) عبر تطوير مواد نانوية مبتكرة وتقنيات حديثة في مجال معالجة المياه.
الهدف الثاني عشر: الاستهلاك والإنتاج المسؤولان (SDG 12) من خلال إعادة تدوير المخلفات النباتية وتحويلها إلى مواد ذات قيمة مضافة وفق مبادئ الكيمياء الخضراء.
الهدف الثالث عشر: العمل المناخي (SDG 13) عبر اعتماد تقنيات صديقة للبيئة تقلل من استخدام المواد الكيميائية التقليدية وتدعم الاستدامة البيئية.
وتناولت هذه الدراسة تطوير مواد مازة صديقة للبيئة اعتمادًا على مخلفات نباتية من البيئة الخضراء العراقية ، وذلك عبر تحضير وتشخيص أنظمة سطحية رئيسية:
الاول : تحضير اكاسيد الحديد النانوية ( Fe1W,Fe1E,Fe2W,Fe2E ) بوجود المستخلصات المائية والايثانولية لاوراق شجرتي النارنج و البرتقال العراقية.
الثاني : تحضير سطوح مازة من مسحوق مخلفات أوراق شجرتي النارنج و البرتقال بعد الاستخلاص (p1W,p1E,p2W,p2E ) .
الثالث : تحضير الكاربون المنشط (C1W,C1E,C2W,C2E ) من التنشيط الحراري لالياف مخلفات أوراق شجرتي النارنج والبرتقال بعد الاستخلاص والعزل .
الرابع : تحضير متراكب نانوي من جسيمات اوكسيد الحديد النانوية والكاربون المنشط (Fe2O3NPs/AC) هي (Fe2W- C2E , Fe2W -C1W , Fe1W- C2E , Fe1W-C1W)
تم تشخيص المستخلصات و المواد المحضّرة باستخدام عدة تقنيات (مطيافية كروماتوغرافيا الغاز GC ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه FT-IR وحيود الأشعة السينية XRD والمجهر الإلكتروني الماسح FE-SEM ومطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة EDX وجهاز تحديد مساحة السطح النوعية والامتصاص BET) حيث أظهرت نتائج تحليل FT-IR ,GC للمستخلصات عن وجود مركبات ومجاميع فعالة تؤهل المستخلصات كعوامل ترسيب وحجب للمواد النانوية , بينما بينت نتائج تحاليل ( SEM , EDX ,FTIR ,XRD ( نجاح تحضير مساحيق مخلفات الاوراق والكاربون المنشط لها واكاسيد الحديد النانوية ومتراكباتها بنقاوة عالية كما بينت نتائج تحليل BET أن سطوح الكاربون المنشط ومتراكباته الحديدية النانوية تمتلك مساحات سطحية عالية تساوي 3.3096 m2/g لـ Fe1W-C2E و8.6543 m2/g لـ Fe2W-C2E و 9.7158 m2/g لـ Fe2W-C1W و 23.965 m2/g لـ Fe1W-C1W مع مسامية دقيقة ومتنوعة تساوي 106.06 nm لـ Fe1W-C2E و 65.79nm لـ Fe2W-C2E و 50.265 nm لـ Fe2W-C1W و 7.6524nm لـ Fe1W-C1W مقارنة بسطوح مساحيق مخلفات الاوراق النباتية 6.4104 nm لـ P1W و8.2737 nm لـ P1E و 26.192 nm لـ P2W و 9.5126 nm لـ P2E ، مما وفر مواقع امتزاز متعددة وفعّالة متباينة لكل السطوح المدروسة .
طبقت السطوح المحضرة (مساحيق المخلفات النباتية و الكاربون المنشط المشتق منها و متراكباتها مع اوكسيد الحديد النانوي ) كسطوح مازة لازالة صبغة البلورات البنفسجية من محالياها المائية بتقنية الامتزاز وبنظام الدفعات . حيث درست عدة عوامل مؤثرة على عملية الامتزاز وتضمنت ( حجم جسيمات السطح الماز و وزن السطح الماز و زمن التماس و التركيز الابتدائي للصبغة و درجة الحرارة ) , اظهرت السطوح المازة اكبر نسبة مئوية لامتزاز لصبغة البلورات البنفسجية لانظمة مسحوق المخلفات النباتية ( P1w = 89.8% و P1E= 75.6% و P2w=%92.4 و P2E=81.7%) ولانظمة الكاربون المنشط ( C1W = 93.1 %و C1E = 93.2% وC2W= 89.5% وC2E= 95.1% ) ولانظمة المتراكبات (Fe2w/C2E = 93.2% و Fe2w/C1w = 92.8% و Fe1w/C2E =92.4% و Fe1w/C1w= 93.04%).حيث يلاحظ من نتائج الامتزاز لصبغة البلورات البنفسجية (Crystal Violet) أن المتراكب Fe2O3 NPs/AC تفوّق بشكل ملحوظ على السطوح الأخرى، حيث انعكس ذلك في زيادة سعة الامتزاز عند رفع تركيز الصبغة من mg/L 15 إلى mg/L20حيث أصبحت سعة الامتزازللمسحوق والكاربون المنشط تساوي14.50 mg/g و15.13 mg/g على التوالي بينما كانت سعة الامتزاز على سطح المتراكب النانوي تساوي 16.94mg/g مما يؤكد قدرة المتراكب على التعامل مع تراكيز مرتفعة من الملوثات العضوية.
تم تحليل البيانات التجريبية لعملية امتزاز صبغة البلورات البنفسجية بواسطة عدة نماذج حركية (المرتبة الأولى الكاذبة والمرتبة الثانية الكاذبة ونموذج افرامي ) ووجد أن عملية الامتزاز تتبع نموذج المرتبة الثانية الكاذبة (Pseudo-second-order) استنادًا إلى قيم معامل الارتباط العالية ومدى تطابق القيم العملية والنظرية لكمية الامتزاز ، وهو ما يشير إلى أن التفاعلات الكيميائية هي الآلية المسيطرة على الامتزاز. كما حللت بيانات التوازن لعملية امتزاز من خلال عدة نماذج ايزوثيرمات (لانكماير وفريندليش وهاركنز-جورا ) وأثبتت النتائج توافق عملية الامتزاز مع نموذج فريندليش (Freundlich isotherm)، بما يعكس طبيعة الامتزاز متعدد الطبقات على أسطح غير متجانسة.
تم تحليل البيانات التجريبية لعملية الامتزاز ثرموديناميكيأ حيث تبين أن العملية ماصة للحرارة (ΔH) موجبة، مصحوبة بزيادة في العشوائية (ΔS) موجبة، وأن التفاعل تلقائي بطبيعته نتيجة القيم السالبة لطاقة جيبس الحرة (ΔG).
تؤكد هذه النتائج أن الجمع بين المسامية العالية للكاربون المنشط والخواص النانوية لجسيمات الحديد في المتراكب Fe2O3NPs/AC قد أوجد مادة ذات كفاءة استثنائية في إزالة الأصباغ العضوية من المياه الملوثة. وبذلك تمثل هذه المواد خيارًا واعدًا للتطبيقات البيئية واسعة النطاق، خصوصًا في معالجة مياه الصرف الصناعي، مع إمكانية تطويرها مستقبلًا لتشمل ملوثات أخرى أكثر تعقيدًا.
وخلصت الدراسة الى التوصيات الاتية
- استعمال مستخلصات النارنج والبرتقال في تحضير مواد نانوية أخرى من خلال منهجيات مختلفة .
- تطبيق المواد النانوية المحضرة بالطرق الخضراء، والصديقة للبيئة في مجالات الكيمياء الحيوية والطبية .
- تطبيق المواد النانوية الصديقة للبيئة في مجال الطاقة المتجددة مثل الخلايا الشمسية أو البطاريات الحيوية.
- استعمال مستخلصات اجزاء نباتية اخرى مثل النباتات الطبية في تحضير مواد نانوية .
- استعمال مخلفات نباتية او حيونية بعد اعادة تدويرها وتطبيقها في مجالات مناسبة مع الحفاظ على بيئة امنة ومستدامة .
