التقدم في الأبحاث المتعلقة بتطبيقات الأتابولجيت

1. لمحة عامة عن الأتابولجيت

الأتابولجيت (Mg₅Si₈O₂₀(OH)₂·4H₂O) هو معدن طيني ذو بنية بلورية نانوية قضيبية الشكل. يبلغ طوله حوالي 0.5-5 ميكرومتر، وقطره حوالي 20-70 نانومتر، ويحتوي على قنوات نانوية منتظمة بأبعاد 0.37 نانومتر × 0.64 نانومتر. وهو معدن طيني من سيليكات المغنيسيوم والألومنيوم المائية ذو بنية سلسلة طبقية. تتخصص شركة Epic Powder Machinery في تقنية الطحن النفاث. تضمن مطحنة Jet Mill MQW40 من Epic Powder معالجة مسحوق الأتابولجيت بكفاءة عالية.

يتميز الأتابولجيت بمساحة سطحية نوعية كبيرة، وشحنة سطحية عالية، وقدرة تبادل كاتيونية عالية. وهذا ما يجعله واسع الاستخدام في تحضير المواد الماصة، والمواد اللاصقة، والمجففات، والمحفزات، والمضافات الغذائية، والمركبات الوظيفية. ويلعب دورًا لا غنى عنه كمادة أساسية في مجالات مثل الهندسة الكيميائية، والحفز، وحماية البيئة، والمواد الجديدة. ويُعد طحن الأتابولجيت خطوةً أساسيةً في المعالجة الأولية تهدف إلى زيادة مساحة سطحه النوعية لتعزيز قدرته على الامتصاص.

2. الخصائص الفيزيائية والكيميائية وتعديل سطح الأتابولجيت

2.1 الامتزاز

تُساهم مساحة المقطع العرضي الكبيرة للقناة والبنية البلورية الفريدة للأتابولجيت في خصائص امتصاصه. وتشمل آليات امتصاصه بشكل رئيسي الامتصاص الفيزيائي والكيميائي. يحدث الامتصاص الفيزيائي عبر قوى فان دير فالس، بينما يُشكل الامتصاص الكيميائي روابط تساهمية عند انكسار جسور الأكسجين Si-O-Si، مما يسمح بارتباط جزيئات الامتصاص. ويمكن لتعديل سطح الأتابولجيت أن يُحسّن من أدائه في الامتصاص.

يزيل الأتابولجيت بفعالية الشوائب مثل المعادن والكبريت والأسفلت من الهيدروكربونات البترولية، بالإضافة إلى اللون والمكونات الضارة من الدهون والزيوت المعدنية والنباتية. كما يتميز بقدرة امتصاص ممتازة للمعادن الثقيلة (مثل الكروم الثلاثي والزئبق الثنائي). ويُستخدم على نطاق واسع كمزيل للروائح، ومساعد للترشيح، ومنقي، ومزيل للألوان في مجال حماية البيئة. تتضمن عملية طحن الأتابولجيت عادةً التكسير والطحن الميكانيكي للحصول على توزيع حجم الجسيمات المطلوب.

2.2 التحفيز

يتميز الأتابولجيت، وهو مادة نانوية طبيعية ذات بنية قنوات نانوية، بجزيئات نانوية ونسبة أبعاد عالية. يوفر هذا المعدن قنوات نانوية عديدة ومراكز نشطة، مما يجعله مناسبًا للعمل كمحفز وحامل للمحفزات.

2.3 الخصائص الغروية والمعلقة

تحت تأثير قوى القص، يمكن أن يتشتت الأتابولجيت في الماء وغيره من الأوساط مكونًا بنية شبكية ثلاثية الأبعاد غير منتظمة. عند التركيزات المنخفضة، تُظهر غرويات الأتابولجيت لزوجة عالية وتحافظ على استقرار معلق عالٍ في المحاليل الملحية، إلى جانب مقاومة جيدة للأملاح والقلويات، واستقرار حراري، وخصائص انسيابية ممتازة. لذلك، يُستخدم كطين حفر متداول في حقول النفط وكمادة مضافة في الطلاءات.

2.4 خصائص أخرى

يتميز الأتابولجيت بمساحة سطحية نوعية كبيرة جدًا وقدرة على تبادل الأيونات، مما يجعله واسع الاستخدام كمجفف، وعامل امتصاص للرطوبة، ومادة ماصة، وحامل للمحفزات، ومضاد للميكروبات. وبفضل بنيته البلورية الخاصة الشبيهة بالإبر والألياف، فهو غير سام، وعديم الرائحة، وغير مهيج، ومستقر كيميائيًا، وسهل التجفيف، ومنخفض الصلابة، مما يجعله حشوًا ممتازًا للمواد البوليمرية. ويمكن لتفتيت الأتابولجيت بفعالية أن يكسر جزئيًا حزم بلوراته الشبيهة بالقضبان، مما يكشف عن المزيد من المواقع النشطة.

2.5 تعديل الأتابولجيت

تُضفي البنية والخصائص الفريدة للأتابولجيت قيمة تطبيقية كبيرة. مع ذلك، فإن بنيته البلورية تحدّ من قدرته على الامتزاز. لذا، بعد تنقية الأتابولجيت، يصبح تعديل سطحه ضروريًا لزيادة مساحته السطحية النوعية، وشحنته السطحية، وحجم قنواته، وذلك لتعزيز خصائصه في الامتزاز والدعم.

طرق تعديل الأتابولجيت

طريقة التعديل	المبدأ الأساسي	تعليمات التطبيق
المعالجة الحرارية	يفقد الأتابولجيت الماء الممتص والزيوليتي والبلوري والبنيوي عند التسخين؛ وتزداد مساحة السطح النوعية، ويتوسع قطر القناة النانوية، مما يعزز أداء الامتصاص.	مواد الحشو، معالجة حرارية
تعديل الحمض	يؤدي المعالجة الحمضية إلى استبدال الكاتيونات في البنية؛ تذوب الكاتيونات الموجودة في الصفائح ثمانية السطوح، ويتم استبدالها بأيونات الهيدروجين؛ مما يؤدي إلى كسر الروابط، وزيادة مساحة السطح النوعية والنشاط.	معالجة المياه، عوامل إزالة اللون
تعديل القلويات	يؤدي المعالجة القلوية إلى تغيير بنية الطور البلوري، مما يتسبب في التحول؛ وتتآكل الكاتيونات المعدنية، مما يزيد من الشحنة السالبة السطحية والمواقع النشطة؛ وتتسع القنوات النانوية، وتزداد مساحة السطح النوعية.	معالجة المياه، امتصاص الأيونات
تعديل الملح	تؤدي المعالجة بالملح إلى زيادة الكاتيونات القابلة للتبادل، وتغيير الشحنة السطحية، وزيادة القنوات النانوية الداخلية، وتعزيز الامتزاز.	معالجة المياه، امتصاص الأيونات، تنقية التربة
التعديل المدمج	الاستخدام المشترك للأحماض والقلويات والأملاح وما إلى ذلك لتحسين أداء الامتزاز.	معالجة المياه، مواد حاملة، تنقية التربة
التعديل العضوي	تُشكل المعالجة العضوية طبقة أحادية عضوية على السطح، مما يمنح خصائص مزدوجة عضوية وغير عضوية، ويغير من محبة الماء/محبة الدهون، ويوسع نطاق التطبيق.	المواد الفعالة بالسطح، عوامل الربط

تشمل عمليات التعديل الأساسية حاليًا التعديل الحراري، والتعديل غير العضوي (الحمضي، والقلوي، والملحي)، والتعديل العضوي. ويُعد التعديل الحمضي الأكثر شيوعًا، حيث يستخدمه العديد من الباحثين، بينما لا تزال الأبحاث حول التعديل الملحي محدودة نسبيًا. ويُعتبر التعديل الملحي أكثر ملاءمةً للبيئة من التعديل الحمضي، ويمكن استكشافه بشكل أوسع في المستقبل نظرًا لانخفاض بصمته الكربونية. كما يتميز التعديل العضوي بمزايا واضحة مقارنةً بالطرق غير العضوية، حيث تُعد المواد الخافضة للتوتر السطحي وعوامل الربط من أكثر المواد استخدامًا. ولا تزال معظم الدراسات تركز على طرق التعديل الفردية، والتي أصبحت الآن ناضجة إلى حد كبير. لذلك، فإن النظر في التعديلات المُركبة التي تستفيد من مزايا طرق متعددة من شأنه أن يُحسّن من فعالية التعديل. وتعتمد كفاءة التعديلات اللاحقة، مثل المعالجة الحمضية أو الحرارية، بشكل كبير على درجة تفتيت الأتابولجيت.

3. تطبيقات وتطورات البحث في الأتابولجيت

3.1 ناقل الدواء

نظراً لمساحة سطح الأتابولجيت الكبيرة وقدرته العالية على الامتزاز، يُستخدم على نطاق واسع كحامل لمساحيق المبيدات عالية التركيز، وكقاعدة للحبيبات. وبالنسبة للمبيدات السائلة تحديداً، فإن معالجتها إلى مساحيق عالية التركيز أو مساحيق قابلة للبلل باستخدام الأتابولجيت كحامل يُمكن من ضبط انسيابية التركيبة وقابليتها للتشتت. كما أن خصائص الأتابولجيت الريولوجية وخصائصه المُكثِّفة تجعله يُستخدم على نطاق واسع كعامل مُكثِّف في معلقات المبيدات.

عملية تحضير حامل مبيدات عالي الأداء من الأتابولجيت

تُنتج طريقة تعطيل ثنائية الخطوات منتجات طينية عالية الأداء. بعد التعديل الخامل، تزداد حموضة سطح الأتابولجيت من pKa < 1.8 إلى pKa > 3.3، مع تغير طفيف في مساحة السطح النوعية. يمكن استخدام الأتابولجيت المُعدَّل كناقل للمبيدات. تُشير اختبارات الثبات إلى أن أدائه يُضاهي أداء نواقل السيليكا. مع الحفاظ على خصائص الامتزاز القوية للأتابولجيت، يُعالج هذا المنتج مشكلات مثل نطاق التطبيق المحدود وفترة التخزين القصيرة.

إضافةً إلى المبيدات الحشرية الذكية بطيئة الإطلاق، يُستخدم الأتابولجيت أيضًا في إنتاج الأدوية للاستهلاك البشري. فهو يعمل كمادة ماصة، ومادة معلقة، ومادة مساعدة في العديد من الأدوية. توجد معايير وطنية للأتابولجيت، وهو معترف به كمادة صيدلانية آمنة.

3.2 مواد حاملة للمحفزات

بفضل بنيته المسامية، يُسرّع الأتابولجيت معدلات التفاعل عند امتصاص المواد المتفاعلة في قنواته الداخلية. ومع انتشار المواد المتفاعلة خارج هذه القنوات، تبقى الشبكة البلورية للأتابولجيت سليمة، مما يجعله مادة حاملة مثالية للحفازات. يمكن تحميل المعادن عالية الأداء الحفازة، وأكاسيد المعادن، وأملاح المعادن بشكل متجانس على الأتابولجيت، مما يُسهّل الوصول الكامل إلى المراكز النشطة ونقل المواد الفعالة، وبالتالي تعزيز النشاط الحفاز بشكل ملحوظ. يُستخدم الأتابولجيت حاليًا على نطاق واسع في تثبيت النيتروجين الحفاز، وتحليل الملوثات في الماء، وإزالة الملوثات الجوية، وتفاعلات توليد الأكسجين. في تحضير المواد المركبة، يضمن طحن الأتابولجيت المُتحكم به توزيعه المتجانس داخل مصفوفة البوليمر.

3.3 مواد حاملات تخزين الطاقة

الأتابولجيت معدن غير موصل للكهرباء، ولا يمكن استخدامه مباشرةً كمادة لتخزين الطاقة الكهروكيميائية. مع ذلك، تسمح التقنيات الحالية، مثل القوالب وطرق الانتشار بالصهر، بإدخال مواد فعالة كهروكيميائيًا في الأتابولجيت، مما يتيح استخدامه في مجال تخزين الطاقة الكهروكيميائية. تتكون مواد الأنود في بطاريات الليثيوم أيون التجارية بشكل أساسي من مواد كربونية ذات سعة نوعية منخفضة. يمكن اختزال الأتابولجيت من خلال تفاعلات الثرميت الألومنيومي لإنتاج السيليكون المشتق من الأتابولجيت (SiATP)، والذي يمكن أن يحل محل الكربون كمادة أنود في البطاريات.

3.4 المواد الغروية

عند تشتيته في الماء أو محاليل أخرى منخفضة التركيز، يشكل الأتابولجيت بلورات قضيبية منفردة أو حزمًا أصغر، تتشابك بدورها بفعل قوى فان دير فالس لتكوين بنية شبكية، مما ينتج عنه معلق عالي اللزوجة. وهذا يدل على خصائص غروانية ممتازة، مما يجعل الأتابولجيت مكونًا هامًا في مواد التكثيف، وسوائل الحفر، وتطبيقات الطلاء.

3.5 عوامل تصفية المشروبات والمضافات التجميلية

صناعة الأغذية: يعمل الأتابولجيت كعامل لإزالة اللون والتصفية، حيث يحقق إزالة اللون بنسبة تزيد عن 70% والتصفية بنسبة 90% للزيوت والمشروبات الصالحة للأكل.

صناعة مستحضرات التجميل: تعمل في مجال الحماية من الأشعة فوق البنفسجية، والتحكم في الزيوت، ومنتجات إصلاح البشرة.

3.6 مواد الامتصاص البيئية

تُستخدم هذه التقنية حاليًا لإزالة المعادن الثقيلة والأصباغ العضوية والمضادات الحيوية وغيرها من الملوثات من مياه الصرف الصحي. وقد بحثت دراسات استكشافية حديثة استخدامها في امتصاص أو تركيز المواد المشعة في الصناعة النووية. ومع التقدم الملحوظ في أبحاث التعديل، تتوسع أنواع الملوثات التي يمكن للأتابولجيت امتصاصها باستمرار. ويُحسّن طحن الأتابولجيت كفاءة إزالة الملوثات من خلال خلق مسامات وقنوات أكثر سهولة في الوصول إليها للانتشار.

آليات الامتزاز الرئيسية للملوثات

نوع الملوث	أيونات المعادن	جزيئات الصبغة	الأيونات غير المعدنية	أيونات المعادن المشعة
آليات الامتزاز الرئيسية	التفاعل الكهروستاتيكي، التكوين الكيميائي المعقد، تبادل الكاتيونات، الترسيب السطحي	الامتزاز المسامي، التفاعل الكهروستاتيكي، الرابطة الهيدروجينية، التكوين الكيميائي المعقد	الامتزاز المسامي، التفاعل الكهروستاتيكي	التفاعل الكهروستاتيكي، التكوين الكيميائي المعقد

3.7 المواد المضادة للميكروبات

على الرغم من أن الأتابولجيت لا يتمتع بنشاط مضاد للبكتيريا عالي، إلا أن بنيته المسامية ونشاطه السطحي يسمحان بتحميل عوامل مضادة للبكتيريا لتكوين مواد مركبة مضادة للبكتيريا. فمن جهة، يستطيع الأتابولجيت امتصاص البكتيريا فيزيائيًا، مما يؤثر على نفاذية غشاء الخلية ويمنع التبادل الطبيعي للمواد مع البيئة. ومن جهة أخرى، تُظهر بلورات الأتابولجيت العصوية الشكل تأثيرًا ثاقبًا، حيث يمكنها إتلاف جدران وأغشية الخلايا البكتيرية، مما يُعطل نشاط البكتيريا.

بناء مركبات معدنية مضادة للبكتيريا: يتميز الأتابولجيت بقنوات نانوية منتظمة ومجموعات وظيفية سطحية. وبسبب ظاهرة الإحلال المتماثل أثناء تكوينه، يحمل الأتابولجيت شحنات سالبة دائمة ويُشكّل العديد من العيوب أو الروابط المتبقية ضمن بنيته. وهذا يُظهر قدرات امتصاص قوية لجزيئات الصبغات، وأيونات المعادن الثقيلة، والأصباغ، والمضادات الحيوية.

يُعزز الأتابولجيت الحامل لبروميد دوديسيل تريميثيل الأمونيوم فعالية مضادات البكتيريا مع سمية بيولوجية منخفضة.
يعمل المحفز الضوئي من فانادات البزموت/الأتابولجيت على تحلل المضادات الحيوية أسرع بمقدار 1.4 مرة من فانادات البزموت النقي.

إضافةً إلى المواد المضادة للبكتيريا المذكورة سابقًا، يُظهر الأتابولجيت إمكانات تطبيقية واعدة في مواد السقالات المركبة ومواد التئام الجروح. مع ذلك، لا يزال استخدام الأتابولجيت في الطب الحيوي محدودًا نسبيًا، مما يستدعي تسريع تطوير المنتجات الطبية القائمة على الأتابولجيت. تستفيد الشاشات سريعة الإرقاء من قدرة الأتابولجيت العالية على الامتصاص، بينما تستفيد البدائل المستخدمة في جراحة العظام أو طب الأسنان من خصائصه المضادة للبكتيريا وتوافقه الحيوي. في صناعة الأعلاف، يُعدّ طحن الأتابولجيت ضروريًا للحصول على حجم الجسيمات الدقيق المطلوب لامتصاص السموم بفعالية وضمان تجانس الخلط.

3.8 مواد حشو الأتابولجيت

لا تمنح البنية الليفية الفريدة للأتابولجيت خصائص المواد النانوية فحسب، بل تمنحه أيضًا قدرات تعبئة ممتازة. وهذا ما يجعله مناسبًا لتقوية البوليمرات وصناعة الورق. وعلى عكس الحشوات التقليدية مثل كربونات الكالسيوم والكاولين والتلك، المستخدمة على نطاق واسع في صناعة الورق، يُظهر الأتابولجيت الليفي توافقًا أفضل مع الألياف النباتية. وفي معالجة البلاستيك، يتفوق أداء تعبئة الأتابولجيت بشكل ملحوظ على الحشوات غير العضوية الأخرى، حيث يُحسّن الخصائص الميكانيكية والحرارية والبلورية للبلاستيك. ويُعدّ تحسين معايير طحن الأتابولجيت، بما في ذلك الوقت والطاقة المُدخلة، أمرًا أساسيًا لتحقيق التوازن بين تكاليف الإنتاج وتحسين الأداء.

3.9 مواد الاحتكاك

يُستخدم راتنج الفينول (PF)، باعتباره راتنجًا حراريًا نموذجيًا، على نطاق واسع في مواد الاحتكاك نظرًا لمقاومته العالية للحرارة، وخصائصه الميكانيكية الممتازة، وسهولة تصنيعه. مع ذلك، فإن انخفاض صلابة راتنج الفينول النقي وارتفاع معامل احتكاكه يحدّان من تطبيقاته في التشحيم الصلب. يمكن تحسين الخصائص التريبولوجية لمركبات راتنج الفينول من خلال تعديل البنية الجزيئية، وإضافة جزيئات المطاط، وتدعيمها بالألياف. تشير الأبحاث إلى أن ألياف الأتابولجيت النانوية أحادية البعد تُظهر تأثيرًا تآزريًا ملحوظًا عند استخدامها مع الألياف الدقيقة عالية المعامل (CF، GF) في مركبات راتنج الفينول. عندما يشكل الأتابولجيت نسبة 20% من الكتلة، تتجاوز قوة الضغط للمواد المركبة متعددة النانو GF/AT/PF وCF/AT/PF 400 ميجا باسكال، مما يدل على قدرة تحمل عالية للغاية.

3.10 مواد الإنتاج الحيواني وإضافات الأعلاف

في الإنتاج الحيواني، يُمكن استخدام الأتابولجيت كمادة ماصة لالتقاط المعادن الثقيلة والسموم الفطرية والبكتيريا وسمومها، مما يحافظ على سلامة الحاجز المخاطي المعوي للحيوان. علاوة على ذلك، يُمكن للمعالجات غير العضوية والعضوية المُعدّلة أن تُعزز نشاطه البيولوجي، حيث يُظهر الأتابولجيت المُعدّل خصائص مضادة للبكتيريا جيدة. وقد وجدت الدراسات أن إضافة الأتابولجيت إلى العلف تُعزز مناعة الغشاء المخاطي المعوي ووظائفه المضادة للأكسدة. كما يُمكنه تنظيم التوازن الميكروبي المعوي، وتحسين مورفولوجيا الغشاء المخاطي المعوي، وتعزيز نمو الحيوان وتطوره، وتحسين الأداء الإنتاجي. ويُمكن للأتابولجيت أيضًا أن يُخفف بشكل فعال من الضرر الذي تُسببه مسببات الأمراض للحاجز المعوي للحيوان.

نظراً لفوائده العديدة، يمكن أن يعمل الأتابولجيت كمادة رابطة للكريات، وناقل للعناصر النزرة، ومادة ماصة للمعادن الثقيلة في العلف.

الأداء الوظيفي للأتابولجيت في الأعلاف

3.11 إضافات مواد بطاريات الليثيوم

في السنوات الأخيرة، قام الباحثون باستكشاف المعادن الطينية التي يمثلها الأتابولجيت على نطاق واسع في قطاع البطاريات، واكتشفوا أن الأتابولجيت يمنع نمو التشعبات الليثيومية، مما يوفر نهجًا جديدًا لحماية مصاعد بطاريات الليثيوم المعدنية.

أظهرت الأبحاث أن تحميل الأتابولجيت على أغشية الألياف يُعدّ وسيلة فعّالة لحماية مصعد بطاريات الليثيوم المعدنية. تم تجميع بطاريات متناظرة وبطاريات كاملة من فوسفات حديد الليثيوم لإجراء اختبارات كهروكيميائية. تشير الأبحاث إلى أن أغشية الألياف المحتوية على الأتابولجيت تُثبّط نموّ التشعبات الليثيومية بفعالية. بلغ جهد الاستقطاب 83.2 ملي فولت فقط بعد 500 ساعة من دورات الشحن والتفريغ عند سعة ترسيب 1 ملي أمبير ساعة/سم² وكثافة تيار 2 ملي أمبير/سم². حافظت البطارية الكاملة المزودة بأغشية ألياف الأتابولجيت على سعة تفريغ 84.92 ملي أمبير ساعة/غرام بعد 1000 دورة عند معدل 1C.

خاتمة

في السنوات الأخيرة، حظي التركيب العصوي الفريد والبنية القنوية المميزة لمعدن الأتابولجيت باهتمام واسع النطاق، وذلك بفضل إمكانية تصنيع مواد نانوية وظيفية جديدة بدقة عالية وبطريقة موجهة. ومن المتوقع أن تلبي هذه المنتجات متطلبات التطبيقات في مجالات الامتزاز والحفز والمواد المركبة. ومع استمرار تعميق البحوث الأساسية والتطبيقية، سيشهد استخدام الأتابولجيت في التطبيقات النانوية الوظيفية تطورًا ملحوظًا، مما يعزز تطوير المواد المعدنية الوظيفية المتطورة ويرفع القيمة المضافة للمنتجات باستمرار. وسيسهم هذا التقدم في تطوير سلسلة صناعة الأتابولجيت، وبالتالي تحقيق التنمية الصناعية المستدامة.

حول مسحوق إبيك

شركة إبيك لماكينات البارود نحن متخصصون في تقنية الطحن النفاث. تضمن مطحنة الطحن النفاث MQW40 الخاصة بنا معالجة المواد بكفاءة عالية، مما يُحسّن خصائصها لمختلف التطبيقات. بفضل خبرتنا في طحن المساحيق والتزامنا بالجودة، ندعم الصناعات في تحقيق أهدافها من خلال مواد فائقة الجودة. تواصلوا معنا اليوم للحصول على حلول مصممة خصيصًا لتلبية احتياجاتكم.