به گزارش خبرگزاری صدا و سیما ، علیرضا رادخواه از گروه شیلات دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران به همراه یک همکار همدانشگاهی و با همکاری دانشگاه بیرجند، مطالعه مروری جامعی را در خصوص کاربرد هیدروژلهای ساختهشده از پلیساکاریدهای طبیعی در تصفیه آب انجام دادهاند. این پژوهش به بررسی مکانیسمها، کاربردها و چشماندازهای آینده این مواد نوین در حذف آلایندههای مختلف از منابع آبی پرداخته است.
مواد مبتنی بر پلیمرهای طبیعی در سالهای اخیر به عنوان جایگزینهای زیستدوست و پایدار برای جاذبهای رایج شیمیایی و سنتتیک مطرح شدهاند. از جمله این مواد که از منابع تجدیدپذیر و اغلب بومی به دست میآیند، میتوان به پلیساکاریدها اشاره کرد که خواص منحصر به فردی نظیر زیستسازگاری، زیستتخریبپذیری و عدم سمیت دارند.
در مطالعه مروری فوقالذکر، محققان به بررسی ساختار، خواص و کاربردهای متنوع هیدروژلهای مشتق شده از پلیساکاریدهای طبیعی مانند سلولز، کیتوزان، آلژینات، نشاسته و پکتین در تصفیه آب پرداختند. هیدروژلها شبکههای سهبعدی پلیمری و آبدوست هستند که قادر به جذب مقادیر زیادی آب در ساختار خود بدون از دست دادن یکپارچگی ساختاری هستند.
ویژگی کلیدی هیدروژلها، وجود گروههای عاملی آبدوست مانند هیدروکسیل، کربوکسیل، آمین و آمید در ساختار آنهاست که امکان برهمکنش قوی با مولکولهای آب و همچنین آلایندههای یونی یا قطبی را فراهم میآورد. هنگامی که این هیدروژلها از پلیساکاریدهای طبیعی ساخته میشوند، مزایای ذاتی پلیمرهای طبیعی مانند فراوانی، ارزانی، تجدیدپذیری و دوستدار محیطزیست بودن با خواص فیزیکی و شیمیایی منحصربهفرد هیدروژلها ترکیب شده و موادی با پتانسیال بالا برای کاربردهای تصفیه آب ایجاد میکنند.
بررسی تحقیقات مختلف نشان داد که کیتوزان به دلیل دارا بودن گروههای آمینو و بار کاتیونی ذاتی، گزینهای ایدهآل برای جذب فلزات سنگین و رنگهای آنیونی محسوب میشود. از سوی دیگر، هیدروژلهای مبتنی بر آلژینات بهدلیل سهولت تشکیل ژل با یونهای کلسیم و ساختار متخلخل، برای انکپسولهسازی و جذب انتخابی برخی آلایندهها مناسب هستند.
سلولز و مشتقات آن نیز به دلیل فراوانی، هزینه پایین و وجود گروههای هیدروکسیل فعال، پتانسیل بالایی در توسعه هیدروژلهای مقرون به صرفه دارند. با این وجود، حلالیت پایین و واکنشپذیری محدود سلولز خام، نیازمند انجام اصلاحات شیمیایی پیچیده برای بهبود عملکرد است. همچنین، پکتین به عنوان یک پلیساکارید آنیونی با قابلیت تشکیل ژل در حضور یونهای کلسیم، برای جذب فلزات سنگین کاتیونی مناسب است.
از دیدگاه اقتصادی، نشاسته و سلولز به دلیل هزینه پایین و فراوانی، گزینههای مناسبی برای کاربرد در مقیاس بزرگ هستند، در حالی که کیتوزان و آلژینات با وجود عملکرد بهتر، هزینه تولید بالاتری دارند. بر طبق نتایج، در بین انواع هیدروژلهای مورد استفاده در سطح جهان، کاربرد هیدروژلهای مبتنی بر سلولز، نشاسته، کیتوزان و آلژینات در تحقیقات علمی بهمراتب بیشتر است. با توجه به پتانسیالهای بالقوه این نوع از هیدروژلها که شامل مقرون به صرفه بودن، کاربرد ساده، قابلیت اصلاحپذیری آسان و زیستتخریبپذیر بودن است، میتوان از این مواد برای حذف آلایندههای مختلف بهویژه فلزات سنگین و مواد رنگی از سیستمهای آبی استفاده نمود.
در مواجهه با بحران فزاینده جهانی آب و تشدید آلودگی منابع آبی به ویژه در مناطق خشک و نیمهخشک نظیر ایران، توسعه و بهکارگیری راهکارهای نوآورانه و پایدار برای تصفیه آب به ضرورتی انکارناپذیر تبدیل شده است. در این زمینه، هیدروژلهای مبتنی بر پلیساکارید به دلیل مجموعهای از ویژگیهای برجسته و منحصر به فردشان از جمله زیستسازگاری کامل، زیستتخریبپذیری طبیعی، فراوانی منابع اولیه و قابلیت اصلاحپذیری شیمیایی بالا، به عنوان جایگزینهای بسیار امیدبخش و کارآمد برای مواد تصفیه آب سنتی و اغلب شیمیایی مطرح شدهاند.
این مواد با تکیه بر ساختار پلیمری سهبعدی و آبدوست خود که از پلیساکاریدهای متداول و در دسترس نظیر سلولز، کیتوزان، آلژینات، نشاسته و پکتین مشتق میشوند، توانایی شگفتانگیزی در حذف طیف وسیعی از آلایندههای خطرناک و پایدار از محیطهای آبی از خود نشان دادهاند. این هیدروژلها قادرند از طریق فعالسازی مکانیسمهای پیچیده و چندوجهی مختلف، طیف وسیعی از آلایندهها شامل فلزات سنگین سمی و خطرناک، رنگهای صنعتی مقاوم و تجزیهناپذیر و آلایندههای آلی نوظهور مانند داروها و محصولات مراقبت شخصی را به طور مؤثری از آب حذف کنند.
یکی از برجستهترین ابعاد این فناوری برای ایران، پتانسیلهای عظیم بومیسازی در زمینه تولید و کاربرد هیدروژلهاست. کشور ما دارای منابع غنی و تجدیدپذیری از بیومس کشاورزی مانند کاه گندم و برنج، ساقه ذرت، تفاله میوهها و مرکبات و ضایعات صنایع شیلات به ویژه پوست میگو و خرچنگ است که در حال حاضر اغلب به عنوان زباله دور ریخته میشوند. این پسماندها میتوانند به عنوان مواد اولیه ارزان، فراوان و بومی برای استخراج و خالصسازی پلیساکاریدهایی نظیر سلولز، نشاسته، پکتین و کیتوزان به کار گرفته شوند. این رویکرد نه تنها به کاهش چشمگیر وابستگی کشور به مواد اولیه و فناوریهای وارداتی کمک میکند، بلکه با تبدیل پسماندها به محصولات با ارزش افزوده بالا، به توسعه اقتصاد چرخشی، ایجاد اشتغال و تحقق اهداف توسعه پایدار در کشور یاری شایانی میرساند.
چشمانداز آینده این فناوری در ایران بر توسعه هیدروژلهای هوشمند، تلفیق آنها با دیگر فناوریهای تصفیه در قالب سیستمهای هیبریدی و همچنین تمرکز بر بازیافت و چرخه اقتصاد استوار است. با توجه به شرایط خاص ایران و چالشهای پیشروی صنایع اصلی کشور مانند معدن و نفت و گاز، توسعه هدفمند این هیدروژلها از اهمیت بالایی برخوردار است.
در جمعبندی نهایی این نتایج که در «فصلنامه آب و توسعه پایدار» وابسته به دانشگاه فردوسی مشهد به چاپ رسیدهاند، هیدروژلهای مبتنی بر پلیساکارید نه تنها یک راهحل سبز، پایدار و دوستدار محیطزیست برای چالشهای فزاینده آلودگی آب در جهان و به ویژه در ایران ارائه میدهند، بلکه با تکیه بر منابع بومی فراوان و قابل دسترس در کشور، میتوانند به عنوان یک فناوری استراتژیک و بومی در مدیریت جامع و پایدار منابع آب کشور مطرح شوند.
