ورشة علمية بالدوحة تناقش.. “الابتكار في معالجة المياه باستخدام مواد جديدة ومتقدمة”

تنظم منظمة المجتمع العلمي العربي بالعاصمة القطرية الدوحة فعاليات الورشة العلمية (الابتكار في معالجة المياه باستخدام مواد جديدة ومتقدمة” وذلك يوم 20 مارس 2023 قاعة الريان شيراتون الدوحة بقطر.. تهدف الورشة إلى الجمع بين باحثين متميزين لتبادل خبراتهم ونتائج أبحاثهم حول أحدث تقنيات وابتكارات المواد المتقدمة والعضوية لمعالجة المياه الملوثة ومياه الصرف في العديد من الصناعات. كما توفر منصة متعددة التخصصات للباحثين والممارسين وقطاع الصناعة والمهتمين لمناقشة أحدث الابتكارات في هذا المجال والتحديات العلمية والعملية التي تواجهها والحلول المعتمدة في مجالات معالجة المياه، من خلال حلقة نقاشية.

كما تهدف الورشة لمد جسور التعاون البحثي بين الباحثين العرب من عدة دول عربية، وتطوير العمل البحثي لمحاولة وضع حلول لمشاكل نقص ومعالجة المياه في الوطن العربي. وإتاحة الفرصة لتبادل الخبرات والآراء حول الموضوع للوصول إلى حلول متكاملة يمكن تطبيقها، ودعوة الباحثين الشباب للمشاركة في تلك البحوث.

تركز الورشة على استخدام مواد جديدة ومتطورة في معالجة المياه من أجل توفير مصادر غير تقليدية للتخفيف من مشكلة نقص المياه المتفاقمة في وطننا العربي.

تدير الورشة الدكتورة موزة بنت محمد الربان رئيس منظمة المجتمع العالمي العربي، ورئيس تحرير المجلة العربية للبحث العلمي “أجسر”.. وهي عالمة متخصصة في الفيزياء الذرية والضوئيات والليزر وفيزياء البلازما. تركزت أبحاثها العلمية على تطوير مصادر للأشعة فوق البنفسجية القصيرة جداً وتطبيقاتها في تطوير الطباعة الضوئية على الشرائح الالكترونية المتقدمة، بالإضافة إلى أبحاث في استخدام التقنيات الضوئية للتحليل والكشف عن مكونات المواد وبخاصة ماء الشرب في شبكات المياه. لها العديد من المؤلفات المنشورة في مجال التخصص، كتب ومقالات علمية في مجلات عالمية.

مدير الجلسات

ومن المقرر أن يدير جلسات الورشة العلمية الدكتور أحمد عبد الله أستاذ الهندسة الكيميائية بجامعة تكساس إيه أند إم في قطر. حصل على الدكتوراة في الهندسة الكيميائية وعلوم الألياف والبوليمرات من جامعة ولاية كارولينا الشمالية بالولايات المتحدة الأمريكية. تركز أبحاثه على تطوير المواد المتقدمة القائمة على البوليمرات والمواد النانوية لتطبيقات الطاقة والبيئة، بما في ذلك متراكبات البوليمر النانوية، ومواد الجرافين المعدلة، والطلاءات المضادة للتآكل، وتطوير الأغشية البوليمرية لمعالجة المياه وفصل الغازات، وهجائن النانو من المعادن وأكاسيد المعادن مع المواد النانوية الكربونية ثنائية الأبعاد للاستخدام كعوامل حافزة ومواد امتصاص والمواد الكهروحرارية، ومواد للأقطاب الكهربائية لتخزين الطاقة.

الأوراق المقدمة:

التناضح المقيد بالضغط لإنتاج الطاقة من المياه عالية الملوحة

أولى الأوراق المقدمة للورشة ستكون للدكتور أحمد عبد الوهاب أستاذ في الهندسة الكيميائية لدى جامعة تكساس ايه اند إم في قطر وهى معنونا بـ (التناضح المقيد بالضغط لإنتاج الطاقة من المياه عالية الملوحة)..

ملخص الورقة:

التناضح المقيد بالضغط هو تقنية لتحويل الطاقة الأسموزية إلى طاقة ميكانيكية ومن ثم إلى طاقة كهربائية بإستخدام غشاء بين محلولين احدهما عالي الملوحة والآخر منخفض الملوحة واستخدام ضغط عالي في الناحية عالية الملوحة. يناقش هذا العرض تطوير أغشية تقطير متقدمة لزيادة كفاءة هذه التقنية ودراسة الجدوى التقنية والاقتصادية لتكنولوجيا توليد الكهرباء باستخدام أنظمة تناضح مقيد بالضغط أحادية ومتعددة المراحل. يستخدم هذا العمل محاكيًا مبنيًا على نماذج متطورة من معادلات الديناميكية الحرارية ونماذج عالية الدقة لتدفق للمياه خلال الاغشية متضمنة تأثير مواصفات الاغشية ومواصفات التشغيل علي نقل المياه خلال الاغشية. تم تمويل هذا المشروع البحثىي من قبل الصندوق القطري لرعاية البحث العلمي في إطار برنامج الأولويات الوطنية للبحوث.

استخراج وتثمين ألياف نباتية في معالجة مياه الصرف لمصانع صباغة النسيج: دراسة نجاعة التقنية عبر التحاليل الفيزيوكيميائية والسمية

ثاني الأوراق المقدمة فى الورشة للدكتور الهادي بنمنصور رئيس مخبر البحث تحاليل وأساليب مطبقة في البيئة المعهد العالي للعلوم التطبيقية والتكنولوجيا بالمهدية جامعة المنستير – تونس- مستشار لدى منظمة المجتمع العلمي العربي وهي بعنوان: (استخراج وتثمين ألياف نباتية في معالجة مياه الصرف لمصانع صباغة النسيج: دراسة نجاعة التقنية عبر التحاليل الفيزيوكيميائية والسمية)..

ملخص الورقة

نظرًا لتعقد وتنوع مكونات مياه الصرف الصناعي للنسيج وتلوثه الشديد بالمواد الكيميائية ومحدودية طرق التنقية التقليدية، فإن البحث مستمر عن استراتيجيات وطرق معالجة جديدة تكون فعّالة، غير مكلفة وصديقة للبيئة. في الدراسة الحالية، درسنا درجة التخثر والتلبد باستخدام ألياف مشتقة من التين الشوكي Opuntia ficus indica والباذنجان Solanum melongena لإزالة المركبات السامة من مياه الصرف لمصانع صباغة النسيج بتونس.

تم تقييم ومتابعة نجاعة وفعالية معالجة المياه بإجراء تحاليل على عينات من مياه الصرف من خلال الجمع بين مقاييس فحص الخواص الفيزيائية والكيميائية وكذلك السمية في المختبر باستعمال التقنيات المناسبة لذلك. لقد أثبتت التجارب التي قمنا بها فعالية الألياف المشتقة من النباتات وخاصة منها المشتقة من التين الشوكي وقدرتها على إزالة الملوثات والتي أودت لتحسن كبير في الخصائص الفيزيائية والكيميائية لمياه الصرف الصحي النسيجية مقارنة بالمخثر الكيميائي المستخدم تقليديا.

كما اظهرت النتائج سمية عالية لمياه الصباغة نتيجة وجود ملونات منها ملون cristal violet الذي تم اكتشافه وتحديد تركيزه عبر تقنية الكروماتوجرافي في حين أن درجة السمية تقلصت بشكل كبير بعد معالجتها بالألياف النباتية التي اثبتت أيضا قدرتها على إزالة الملونات الكيميائية.

في الختام، تشير البيانات الفيزيائية والكيميائية إلى أن استخدام مواد التخثر الطبيعية (التين الشوكي والباذنجان) يمكن أن يكون عملية معالجة بديلة مثيرة للاهتمام لمخثرات التخثر الكيميائية لإزالة السموم من النفايات السائلة النسيجية، وقد تم دعم هذه النتائج من خلال البيانات السمية والتحليلية.

المواد النانومترية المتقدمة لمعالجة المياه: أبعاد بيئية واقتصادية

ثالث متحدث في الورشة هو دكتور جمعة عبدالجواد محمد علي الأستاذ بكلية العلوم جامعة الأزهرأسيوط – مصر.. وستحمل ورقته عنوان: (المواد النانومترية المتقدمة لمعالجة المياه: أبعاد بيئية واقتصادية)..

ملخص الورقة:

باتت حاجة البشرية ملحة في الحصول على مصادر جديدة للمياه للتغلب على مشكلة ندرة المياه التي تواجه معظم دول العالم. يقوم الباحثون بدور فعال في تلك الحلول عبر تقنيات تخلية مياه البحر ومعالجة واعادة استخدام مياه الصرف الصحي والصناعي والحصول على المياه من الهواء المشبع بالبخار وغيرها. تقنية معالجة مياه الصرف تعد من أسهل الحلول وأقلها تكلفة لسهولة تنفيذها وأنها يمكن أن تنتج كميات كبيرة من المياه المعالجة والصالحة للاستخدام. من بين تلك التقنيات الأكثر استخداما هي الامتزاز (امتزاز المواد الضارة الموجودة في مياه الصرف على سطح مواد نانومترية حديثة وفعالة).

حيث إن عملية الامتزاز تعتمد بشكل أساسي على المساحة السطحية للمواد المازة ووجود مجموعات وظيفية على سطحها تسهل من ترابط جزيئات المادة الممتزة لذا فالمواد النانومترية الحديثة لها دور فعال وحيوي في هذه العملية. من أهم هذه المواد الجرافين الذي له مساحة سطحية عالية جدا والذي تم تحضيره في شكل مسامي من خلال طريقة التجفيف الجاف. أظهرت التحاليل أن أكسيد الجرافين عبارة عن رقائق بها مساحة سطح عالية وكثافة عالية من المجموعات الأكسيجينية على الحافة. توفر هذه المزيد من مواقع الإمتزاز والمراكز النشطة لإمتزاز أيونات المعادن الثقيلة (الحديد وغيرها). أكسيد الجرافين أثبت قدرته على إزالة حوالي 133.3 مجم من أيونات الحديد مما يجعلها مادة جيدة لإزالة أيونات المعادن الثقيلة في معالجة المياه. كما تم تحضير مواد نانوية أخرى مثل أكسيد الكوبالت الموزع في مصفوفة من السيليكا وأظهر قدرة عالية على إزالة صبغة أزرق المثيلين من مياه الصرف الصناعي.

أيضا مواد كربونية منشطة من مخلفات زراعية واثبتت قدرتها على إزالة كبريتيد الهيدروجين من المياه البترولية. أيضا تم دراسة مواد الكربون النانوي متعدد الجدار والمطعم بمادة أكسيد الحديد المغناطيسي لإزالة أيونات الزئبق من المياه. نتائج هذه الدراسات أثبتت بأن للمواد النانومترية الحديثة قدرة عالية على إزالة الملوثات (صبغات وأيونات معادن) من المياه ومن ثم يمكن اعادة استخدام المياه في أغراض شتى منها الزراعة.

تطبيقات معالجة المياه والمعالجة البيئية للمواد النانونية ثنائية الأبعاد (MXenes) – الفرص والتحديات”

المتحدث الرابع في الورشة هو الدكتور خالد محمود أستاذ ومدير أبحاث في برنامج الكيمياء البيئية والأحياء الدقيقة- معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة | جامعة حمد بن خليفة، قطر..

ملخص الورقة:

تميز المواد النانونية ثنائية الأبعاد (2D) وبالأخص العائلة الحديثة من كربيدات ونيتريدات المعادن الانتقالية (MXenes)، بخواص مثالية مثل الموصلية العالية، والمساحة السطحية الكبيرة، وكذلك النشاط التحفيزي. هذا أدّى إلى اهتمام بحثي متزايد باستخدامها في المعالجة البيئية وتطبيقات معالجة المياه. ومن أهم التطبيقات هو تصنيع أغشية تنقية المياه من هذه المواد وإكسابها مميزات تتميز بالمرونة، شحنة سطحية سالبة وألفة للماء إمكانية التحكم في تدفق الأيونات من خلال تطبيق فرق جهد بسيط على الغشاء. يُظهر MXene كفاءة مضادة للجراثيم أعلى بكثير تجاه كل من البكتيريا سالبة الجرام وإيجابية الجرام مقارنة بالمواد النانوية ثنائية الأبعاد الأخرى. وبالتالي، أظهرت أغشية MXene تدفقًا رائعًا للمياه، ورفضًا انتقائيًا للأملاح والجزيئات العضوية، مما يجعلها مواد أغشية مثالية. علاوة على ذلك، تم استخدام MXene بنجاح لامتصاص وإزالة المعادن الثقيلة مثل الزئبق والنحاس. يلخص هذا الحديث التطورات الحديثة في تطبيقات MXenes مثل الممتزات وأغشية تحلية المياه والأقطاب الكهربائية لإزالة الأيونات الكهروكيميائية والعوامل الحفازة أو المضادة للبكتيريا لتنقية المياه وعمليات المعالجة البيئية الأخرى. وسوف تطرح المحاضرة نظرة مستقبلية على التوافق الحيوي والتأثير البيئي في استكشاف MXenes لتطبيقات المياه، مع تسليط الضوء على التحديات والفرص التي تنطوي عليها هذه المواد ثنائية الأبعاد المتقدمة.

تطبيق تكنولوجيا الأكسدة الحفزية- الضوئية باستخدام متراكبات نانوية معدلة لتحلل وإزالة الملوثات العضوية الخطرة في مياه الصرف

المتحدث الخامس في الورشة هو الدكتور محمد أبو الفتوح بركات أستاذ العلوم البيئية/ المعالجة المتقدمة للمخلفات الصناعية – كلية الأرصاد والبيئة- جامعة الملك عبد العزيز- السعودية- مركز بحوث وتطوير الفلزات- أكاديمية البحث العلمي- مصر.. وتحمل ورقته عنوان: (تطبيق تكنولوجيا الأكسدة الحفزية- الضوئية باستخدام متراكبات نانوية معدلة لتحلل وإزالة الملوثات العضوية الخطرة في مياه الصرف)..

ملخص الورقة:

عادة ما تحتوي مياه الصرف الناتجة من مختلف الصناعات (مثل الدوائية والبتروكيماويات) على مركبات عضوية خطرة تكون ضارة على النظم الإيكولوجية للبيئة وصحة الإنسان. وهناك اهتمام كبير لتطوير تكنولوجيات مبتكرة ونظيفة لإزالة مثل هذه الملوثات السامة من مياه الصرف.  و تعتبر تقنية الأكسدة الحفزية الضوئية (الفوتوكاتاليسيس) نموذج للتقنيات المتقدمة الواعدة التي يمكن استخدامها للتخلص الآمن من الملوثات العضوية الثابتة. و تتطلب العملية وجود مركبات حفازة في وجود الضوء الذى يمكن أن يكون من مصادر طبيعية أو اصطناعية.

وفي منطقة الخليج العربي، هذه العملية تعتبر جذابة جداً حيث أن الطاقة الشمسية مصدر متوفر للطاقة طوال العام. ويمكن اعتبار جسيمات نانوية من مادة التيتانيا  TiO2كواحدة من المركبات الأكثر تبشيرا بالنجاح لتطبيقات فوتوكاتاليسيس حيث أنه محفز فعّال وثابت، ويعد من أشباه الموصلات الرخيصة والأمنة بيئيا. ومع ذلك يوجد عائقا رئيسيا لنشر التطبيق على نطاق واسع يكمن في حقيقة أن TiO2 تمتص الضوء بالقرب من الأشعة فوق البنفسجية. لذا فقد تضمنت البحوث والدراسات في هذا المجال تحضير وتنشيط محفز يعمل بكفاءة في نطاق الضوء المرئي (بدلا من الأشعة فوق البنفسجية) لأكسدة مثل هذا النوع من الملوثات. وتتضمن الملوثات الخطرة بعض العقاقير الصيدلانية/الملوثات من فئات مختلفة مثل المضادات الحيوية والمسكنات، الفينولات، الحاملات العضوية والمذيبات إلخ. هذه المركبات تمثل نماذج للملوثات الأكثر سمية في تصريف مياه الصرف الصناعي.

وقد تم التعديل بتطعيم هذه المواد مع المعادن الانتقالية النبيلة (Ag/Pt، إلخ)، أو غير المعدنية (مثل النيتروجين والكربون) وتحضير متراكبات في مصفوفة حامل التيتانيا TiO2 لتعزيز الامتزاز وخصائص الأكسدة الحفزية (الفوتوكاتاليتيك) بالضوء المرئي، للوصول الى المساحة السطحية العالية وسهولة الأختراق للملوثات. وقد تم تحليل وتقييم المواد المركبة بالعديد من اجهزة الفحص مثل: الفحص المجهري، الميكروسكوب الإلكتروني، تحليل الأشعة السينية ومطيافيه الأشعة السينية النانومترية، إلخ. وتمت دراسة أثر العوامل التشغيلية المختلفة (على تكسير وإزالة الملوثات) مثل تأثير وقت الاتصال، درجة الحموضة، وتركيز الملوثات، وجرعة فوتوكاتاليست على فوتوكاتاليتيك/الامتزاز، وذلك باستخدام أجهزة تحليلية مختلفة مثل الأشعة فوق البنفسجية-vis. والكروماتوجرفي (GC لتحديد المواد الأولية والوسيطة والمنتجات النهائية الناتجة عن تكسير الملوثات.

لذا يمكننا القول بأن تطبيق تقنية فوتوكاتاليسيس، كعامل مؤكسد لتدمير الملوثات العضوية في مياه الصرف، يفترض أن يكون الحل النهائي لمعالجة مثل هذه النوع من المياه الخطرة. ويعتبر تطبيق هذه التكنولوجيا في منطقة الخليج العربي سيكون له جدوى كبيرة، حيث إن الطاقة الشمسية متاحة تماما وموارد مياه الشرب محدودة، كما أن هذه التقنية جذابة أيضا في معالجة الملوثات البيولوجية من مياه الصرف الدوائية وحل نموذجي للحصول على المياه النقية والحفاظ على الموارد الطبيعية.

أغشية البوليمر المتقدمة لمعالجة مياه الصرف الصناعي في قطر

الورقة السادسة والأخيرة ستحمل عنوان: (أغشية البوليمر المتقدمة لمعالجة مياه الصرف الصناعي في قطر).. وهي للأستاذ الدكتور محمد حسن النويري أستاذ مشارك- مركز المواد المتقدمة، جامعة قطر..

ملخص الورقة

يتم إنتاج كميات هائلة من مياه الصرف الصحي الزيتية يوميًا من العمليات الصناعية، بما في ذلك معالجة البتروكيماويات، والمنسوجات، والجلود، والصلب. تمثل مياه الصرف الصحي هذه تحديًا كبيرًا للبيئة، وتستخدم الصناعة طرقًا متعددة لفصل الماء عن الزيت بما في ذلك المواد الممتصة للزيت، وفصل الجاذبية، والتلبد، والتخثر. ومع ذلك، فإن هذه الطرق غير فعالة في فصل مستحلبات الماء الزيتية حيث تكون قطرات الزيت أصغر من 20 ميكرومتر في الحجم ولا تعمل بشكل جيد عند دمج المواد الكيميائية أو استخدام مجال كهربائي. يعد الترشيح باستخدام الأغشية أحد أفضل الاستراتيجيات للتعامل مع مثل هذه المستحلبات، خاصة تلك المستقرة بالسطح، لأنها تنتج مياه نقية للغاية عبر عملية ترشيح بسيطة ويمكن تنظيفها وإعادة استخدامها عدة مرات على نطاقات صناعية كبيرة. سيقدم هذا العرض لمحة عامة عن أغشية الكو-بوليمر القائمة على البولي ستيرين والتي تم تطويرها واختبارها في جامعة قطر بالتعاون مع جامعة جنوب المسيسيبي وجامعة هيوستن. تُظهر الأغشية المطورة حديثًا تحسينًا كبيرًا في فصل الزيت عن الماء في مستحلبات الزيت مع إظهار مقاومة عالية بشكل ملحوظ لالتصاق الزيت على مدى خمسة أشواط مقارنة بالأغشية التجارية التي تتعثر خلال جولتين فقط من المستحلبات.

سيقدم العرض كفاءة رفض الزيت للأغشية، والاستقرار الكيميائي والمورفولوجي والميكانيكي بعد دورات التنظيف وإعادة الاستخدام. أخيرًا، تم اختبار الأغشية باستخدام المياه الزيتية الاصطناعية وعينات حقيقية من مستحلبات الماء الزيتية وبروتوكولات الاختبار من شركات النفط والغاز في قطر.