دراسة إمكانية توطين تقنية الترذيذ الكهربائي بهدف توليد بنى نانوية

Abstract

تعد تقانة النانو من أفضل التقانات المعاصرة، التي يمكن استثمارها لتوفير أنظمة قادرة على تأمين المياه النقية الصالحة للشرب في المناطق القروية والنائية. كما تعد منظومات الفلاتروالمرشحات النانوية من أهم المنظومات المستعملة لتنقية المياه نظرا للحاجة المتزايدة لمياه الشرب، ومع الأخذ في الاعتبار ازدياد الحاجة للمياه وندرة المياه، وتزايدع التغيرات الطارئة في المناخ العالمي والنمو السكاني، لذلك كان لابد من التفكير بوسيلة غير تقليدية، للحصول على مياه نقية خالية من الشوائب والمواد الملوثة والضارة، والتي هي وسيلة شاقة بحد ذاتها إذا لم تتوفر البنية التحتية المناسبة والمهارة العاملة تم التوصل في السنوات الأخيرة لتقانة الأغشية والمرشحات النانوية، التي تتميز باستعمال مواد أولية مقبولة بينيا وذات تكلفة منخفضة وتعطي خواص أفضل من المرشحات التقليدية غير المستدامة عان النتائج كانت مشجعة في هذا المجال إلا أن الأمر مازال يتطلب مزيدا من العمل والبحث العلمي للتغلب على أهم المعوقات المتعلقة بتوفير البنية التحتية المناسبة والتجهيزات المطلوبة، إضافة إلى العمل على زيادة معامل أداء وزيادة عمر الفلاتر والمرشحات النانوية من خلال إغنائها بمواد أو ألياف نانوية. تم التوصل مؤخرا إلى طرائق جديدة تستعمل فيها بعض المواد البوليميرية لتشكيل ألياف نانوية والتي يمكن أن تحضر بطرائق سهلة طريقة الغزل الكهربائي ) ومناسبة للإمكانات المحلية لتلك المجتمعات، بالإضافة إلى انخفاض تكلفة إنتاجها مع إمكانية تشكيلها على مساحات واسعة وفي وقت قصير. سنتطرق فيهذا المشروع لأفكار حديثة لتوليد الياف نانو بوليميرية من البوليسترين يمكن أن تستعمل بشكل مباشر في تطوير الفلاتر والمرشحات، وخصوصا المرشحات المائية من أهم المشاكل والمعوقات التي تواجه البحث صعوبة الحصول على ألياف بأبعاد نانومترية. لذلك أجرينا في هذا المشروع دراسة مفصلة للعوامل المؤثرة في تشكيل ألياف نانوية من البوليسترين بتقنية الغزل الكهربائي. وجدنا أن أبعاد وشكل الألياف المتشكلة تتأثر بعدة عوامل، يمكن تصنيفها تصنيفا عريضا إلى: عوامل خاصة بالمحلول البوليميري كالوزن الجزيئي للبولمير ولزوجة المحلول وناقليته، التوتر السطحي، نوع المحل وثابت العزل الكهربائي. عوامل خاصة بشرط إجراء الغزل، مثل الجهد المطبق والمسافة بين الإبرة والمجمع وقطر الإبرة بالإضافة إلى عوامل أخرى خاصة بالوسط المحيط كدرجة الحرارة والرطوبة.في هذا المشروع، تم تحديد العلاقات الرياضية الناظمة لبعض تلك العوامل، والتي تؤثر بشكل مباشر على أبعاد البنى الليفية وشكلها. وشملت الدراسة أيضا توصيف الألياف المتشكلة بواسطة مجهر القوى الذرية (AFM)، وحساب أبعادها متوسط القطر والإرتفاع) وخشونة سطحها من أجل كل عامل من العوامل المدروسة. بينت نتائج هذا البحث أيضا، انخفاضا واضح في أبعاد ألياف البوليسترين المتشكلة وتحسين خشونة سطحها والحصول على ألياف نانوية ملساء وبأقطار صغيرة عند استعمال عوامل معينة جهد مطبق عال مسافة بين الإبرة والمجمع كبيرة نوعا ما قطر رأس التشكيل صغير وتراكيز منخفضة للمحلول البوليميري، إضافة إلى انقاء التولوين كمحل نوعي للبوليسترين). يهدف تصغير أبعاد الألياف الناتجة والوصول إلى المستوى النانومتري إلى زيادة في مساحة السطح الخارجي النوعي للألياف، وزيادة عدد الذرات المتواجدة على السطح والحصول على شبكة واسعة من الألياف بمسامية عالية جدا. يؤدي ذلك إلى تحسين خواصها الميكانيكية الفيزيائية والحيوية، وتزيد من نشاطها الكيميائي. وهذه البنية التركيبية للألياف النانوية والخواص الفريدة التي تتمتع بها تجعلها مجال اجتذاب العديد من الدراسات الأكاديمية والأبحاث العلمية ولمجال واسع من التطبيقات الصناعية المتنوعة، لا سيما في مجال الفلاتر والمرشحات بكافة أنواعها.