پاکسازی آب با چاقوی ارتش سوئیس
آلودگی فسفات در رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و دیگر آبراهه‌ها به سطوح خطرناکی رسیده و باعث توده‌ای از جلبک‌هایی شده است که نتیجه آن محرومیت ماهی‌ها و گیاهان آبزی از اکسیژن خواهد بود. به همین دلیل کشاورزان در سراسر جهان با کاهش میزان ذخیره کودهای فسفاته که نیمی از مواد غذایی جهان را تامین می‌کنند، موافقت کردند.
به نقل از یورکالرت، یک گروه تحقیقاتی به سرپرستی دانشگاه نورث وسترن امریکا با الهام از بسیاری از آب‌های مجاور شیکاگو، راهی برای زدودن و استفاده مکرر فسفات از آب‌های آلوده ایجاد کردند. محققان این تولید را به «چاقوی ارتش سوئیس» (یک نمانام برای نوعی چاقوی جیبیی چندکاره یا چندابزاره است که توسط ویکتورینوکس و ونگر تولید می‌شود) برای پاکسازی و حذف ترکیبات زیان‌بار آلودگی تشبیه می‌کنند زیرا غشاء خود را برای جذب و انتشار سایر آلاینده‌ها تنظیم می‌کند.
فسفر، هم زیربنای سیستم غذایی جهان و هم زندگی روی زمین است. هر موجود زنده روی کره زمین به فسفر نیاز دارد. این عنصر در غشای سلول، داربست DNA و در اسکلت ما وجود دارد. اگرچه عناصر اصلی دیگری مانند اکسیژن و نیتروژن را می‌توان در اتمسفر یافت اما فسفر هیچ مشابهی ندارد. بخش کوچکی از فسفر قابل استفاده از پوسته زمین حاصل می‌شود که هزاران یا حتی میلیون‌ها سال به طول می‌انجامد تا در معرض هوا قرار بگیرد و معادن فسفر نیز رو به اتمام است.
با توجه به کمبود این منبع طبیعی تجدیدناپذیر، متاسفانه طنزآمیز است که بسیاری از دریاچه‌های ما مبتلا به فرآیندی معروف به مردابی شدن (اوتریفیکاسیون) هستند، این امر هنگامی اتفاق می‌افتد که مقدار زیادی مواد مغذی به منبع طبیعی آب وارد شود. با جمع شدن فسفات و سایر مواد معدنی، پوشش گیاهی و جلبک‌های آب بیش از حد متراکم می‌شوند و اکسیژن آب را تخلیه می‌کنند و در نهایت زندگی آبزیان را از بین می‌برند.
استفانی ریبت، محقق ارشد این تحقیق گفت: «ما پیش از این، بیشتر از فسفات استفاده مجدد می‌کردیم. اکنون ما فقط آن را از زمین بیرون می‌کشیم، یک بار استفاده می‌کنیم و پس از استفاده آن را به منابع آبی بازمی‌گردانیم. بنابراین، این یک مشکل آلودگی، پایداری و یک اقتصاد دورانی است.»
بوم‌شناسان و مهندسان به‌طور سنتی روش‌هایی برای رفع نگرانی‌های فزاینده بهداشت عمومی و محیطی در مورد فسفات با حذف فسفات از منابع آب ایجاد کرده‌اند. به تازگی تاکیدها از زدودن به سمت بازیافت فسفات تغییر یافته است.
وینایاک دراوید، محقق دیگر تحقیق گفت: «همیشه می‌توان کارهای خاصی را در محیط آزمایشگاه انجام داد. اما وقتی صحبت از افزایش مقیاس‌بندی است، یک نمودار ون (Venn) وجود دارد، جایی که لازم است شما بتوانید این فناوری را مقیاس‌بندی کنید و می‌خواهید آن کارآمد و مقرون‌به‌صرفه باشد. از قبل اشتراکی در این سه مورد (کارآمد و مقرون‌به‌صرفه بودن و مقیاس‌بندی) وجود نداشت، اما به‌نظر می رسد اسفنج ما سکویی است که همه این معیارها را دارد.»حذف و بازیابی غشای سبک فسفات (PEARL)، لایه متخلخل و انعطاف‌پذیر (مانند اسفنج، پارچه یا الیاف روکش‌دار) که به‌طور انتخابی حداکثر تا ۹۹ درصد از یون‌های فسفات را از آب آلوده جدا می‌کند با نانو ساختارهایی که به فسفات متصل می‌شوند، پوشیده شده است که می‌توان حذف و بازیابی غشای سبک فسفات را با کنترل pH تنظیم کرد تا مواد مغذی را جذب یا آزاد کند و با این روش امکان بازیافت فسفات و استفاده مجدد از غشاء در بسیاری از چرخه‌ها فراهم می‌شود.
روش‌های فعلی برای حذف فسفات بر اساس روش‌های پیچیده، طولانی و چند مرحله‌ای است. اکثر آنها حین حذف، فسفات را بازیابی نکرده و درنهایت مقدار زیادی زباله فیزیکی ایجاد می‌کنند. حذف و بازیابی غشای سبک فسفات (PEARL) یک فرآیند ساده یک مرحله‌ای برای زدودن فسفات فراهم و آن را به‌طور موثر بازیابی می‌کند. همچنین قابل استفاده مجدد است و هیچ‌گونه زباله فیزیکی ایجاد نمی‌کند.
محققان با استفاده از نمونه‌هایی از ناحیه احیای آب شیکاگو، تئوری خود را با پیچیدگی بیشتر از نمونه‌های آب واقعی آزمایش کردند.
دراوید گفت: «ما اغلب این مورد را «راه‌حل مقیاس نانو برای مسئله قدرت انفجاری یک میلیارد» می‌نامیم. از بسیاری جهات فعل‌وانفعالات در مقیاس نانو که ما مطالعه می‌کنیم برای پاکسازی و حذف ترکیبات زیان‌بار سطح کلان تاثیراتی دارد.»
این گروه نشان داده است که روش مبتنی بر اسفنج در مقیاس‌ها، از میلی‌گرم تا کیلوگرم موثر است که نویدبخش در مقیاس‌گذاری حتی بیشتر است.
این تحقیق بر اساس پیشرفت قبلی از همان گروه تحقیقاتی است. ویکاس ناندوانا، عضو گروه دراوید و یکی از محققان مطالعه حاضر اسفنج چند منظوره آبگریز اولئوفیلیک (OHM) را نامگذاری و از همان بستر اسفنجی استفاده کرد تا روغن حاصل از آلودگی روغن در آب را به‌طور انتخابی حذف و بازیابی کند. با اصلاح پوشش مواد نانو در غشاء، گروه تحقیقاتی قصد دارد بعدها از چارچوب مشابه «اتصال و اجرا» استفاده کند تا به دنبال فلزات سنگین برود.
ریبت افزود: می‌توان با استفاده از چندین ماده با پیوستگی متناسب، چندین آلاینده را یک باره برطرف کرد.
نتایج این تحقیق در مجله the National Academy of Science منتشر شده است.//ایسنا
