كرات بوكي لصالح البيئة

تتمتع جزيئات الكربون 60 (الفوليرين، وكرات بوكي) بالقدرة على استخلاص المعادن الثمينة من السوائل، بما في ذلك الماء والبيئات الملوثة. وبعد إجراء تجارب على عدة معادن، وجد الباحثون أن الشحنة ونصف القطر الأيوني لمشتقات كرة باكاي هي العوامل التي تؤثر على طبيعة ارتباط المعادن بها.

[ترجمة د.نحماني موشيه]
تتمتع جزيئات الكربون 60 (الفوليرين، وكرات بوكي) بالقدرة على استخلاص المعادن الثمينة من السوائل، بما في ذلك الماء والبيئات الملوثة. وبعد إجراء تجارب على عدة معادن، وجد الباحثون أن الشحنة ونصف القطر الأيوني لمشتقات كرة باكاي هي العوامل التي تؤثر على طبيعة ارتباط المعادن بها.

إن مشتقات الهيدروكسيل في كرات الباكاي لا تمكن فقط من استعادة المواد القيمة والجزيئات المعدنية السامة الموجودة في خزانات المياه أو في السوائل الأخرى، ولكنها تمكن من إعادة استخدامها هناك في المستقبل، وفقا لباحثين من جامعة رايس.

وفي مختبر الكيمياء للباحث أندرو بارون في جامعة رايس، اكتشفوا أن الفوليرين (كربون-60، كرات بوكي، ويكيبيديا) التي خضعت لعملية كيميائية تعرف باسم الهيدروكسيل (إدخال مجموعات الهيدروكسيل) تتجمع معًا في هيكل سلسلة من اللؤلؤ أثناء ارتباطها بالمعادن في المحاليل. وتشمل الاستخدامات المحتملة لهذه العملية الإزالة الصديقة للبيئة للمعادن (السامة والقيمة) من السوائل المستخدمة في التعدين، وكذلك من السوائل المستخدمة في التكسير الهيدروليكي في صناعة تصنيع الوقود.

ويشير الباحث الرئيسي إلى أن مشتقات كرات بوكي تمكنت من ربط ذرات معدنية بشحنات كهربائية مختلفة بطرق غير متوقعة، وهو اكتشاف يشير إلى أنه سيكون من الممكن ربط معادن معينة من خليط من السوائل مع ترك معادن أخرى في المحلول. . تم نشر نتائج البحث منذ فترة طويلة في المجلة العلمية Dalton Transactions.

وأظهرت الأبحاث السابقة في نفس المختبر أن مشتقات الهيدروكسيل من الفوليرينات (المعروفة باسم الفوليرينول) ترتبط بأيونات الحديد لتكوين بوليمر غير قابل للذوبان. أجرى الباحثون سلسلة من التجارب من أجل فحص قدرة الارتباط النسبية للفوليرانول مع مجموعة متنوعة من المعادن. يوضح الباحث: "من الجيد أن أدعي أنني أستطيع استخراج المعادن من الماء، ولكن بالنسبة للسوائل الأكثر تعقيدًا، تكمن المشكلة في استخراج المعادن التي تحتاجها حقًا". "النفايات السائلة الناتجة عن صناعة التعدين، على سبيل المثال، تحتوي على كميات كبيرة من الحديد والألومنيوم وكميات صغيرة من النيكل والزنك والنحاس، ونحن في حاجة إليها حقا. لنكون صادقين، الحديد والألومنيوم ليسا أسوأ المعادن التي يمكن أن تحتوي عليها المياه، حيث أنهما موجودان في المياه الطبيعية على أي حال. كان هدفنا هو معرفة ما إذا كانت هناك تفضيلات للترابط بين المعادن المختلفة، وقد وجدناها".

وأظهرت صورة مجهرية (TEM) أن مجموعات من "خيوط اللؤلؤ" تشكلت عندما ارتبطت مشتقات الهيدروكسيل من الكربون 60 بالمعادن - في هذه الحالة، الحديد والنيكل - داخل المحلول. تشير النتائج إلى أنه سيكون من الممكن إزالة جزيئات معدنية معينة بشكل انتقائي من مخاليط المعادن في المحلول. وجد الباحثون أن المعادن المرتبطة بالفوليرانول كانت جميعها أيونات موجبة ذات شحنة كهربائية موجبة تبلغ 2 أو 3 بروتونات زائدة. يقول الباحث الرئيسي: "عادة، كلما كان المعدن أكبر، كلما كان انفصاله أسرع". ومع ذلك، أظهرت التجارب خلاف ذلك - فالمعادن ذات الشحنة 2 ونصف القطر الأيوني الأصغر تكون مرتبطة بشكل أفضل من المعادن الأكبر حجمًا (من بينها - الزنك هو الأقوى). ومع ذلك، بالنسبة للأيونات الموجبة 3، كانت الأيونات الأكبر تعمل بشكل أفضل من الأيونات الأصغر. "إن هذا الاكتشاف المفاجئ يقودنا إلى استنتاج مفاده أنه في المستقبل سنكون قادرين على استنفاد المعادن التي نريدها بشكل انتقائي."

وأظهر البحث أن الفوليرانول يرتبط بعشرات المعادن، ويحولها إلى بوليمرات صلبة مترابطة. ترتيب كفاءة الترابط، بدءًا من أفضل المعادن، هو: الزنك، الكوبالت، المنغنيز، النيكل، اللانثانم، النيوديميوم، الكادميوم، النحاس، الفضة، الكالسيوم، الحديد، الألومنيوم. إن الإشارة إلى "سلسلة" ليست خطأ مطبعي - أحد مصادر الإلهام للبحث هو حقيقة أن الأيونات المعدنية تُعرف بأنها عوامل ربط متقاطعة للبروتينات التي تزود الكائنات البحرية بقدرة خارقة على الالتصاق بالصخور الرطبة.

يوضح الباحث الرئيسي أن الفوليرانول يعمل كعوامل محاصرة تحدد كيفية ارتباط الأيونات والجزيئات المختلفة بأيونات المعادن. أظهرت التجارب على معادن مختلفة أن الفوليرانول يرتبط بها في أقل من دقيقة ويصبح مواد صلبة قابلة للترشيح. ويقول الباحثون إن اختيارهم للتركيز على الألومنيوم والزنك والنيكل يرجع إلى حقيقة وجود هذه المعادن مع الحديد في سوائل النفايات في صناعة التعدين. وبالمثل، يتم اختبار الكادميوم على ضوء وجوده مع الأسمدة ومجاري الصرف الصحي، كما يتم فحص النحاس مع سوائل العادم الناتجة عن المحاجر. النيكل واللانثانم والنيوديميوم هي المعادن الاسمية المستخدمة في صناعة البطاريات والسيارات الهجين.

ملخص المقال

أخبار الدراسة