Chitin-like Hollow Alumina Nano-adsorbent for Remediation of Arsenate- contaminated Water: Synthesis by Double Reversed-phase Microemulsion Method and Study of Enhanced Arsenate-removal Ability and Mechanism

पानी हमारे ग्रह का जीवनरक्त है, फिर भी लाखों लोगों के लिए, इसमें एक शांत, अदृश्य जहर मौजूद है: आर्सेनिक। यह तत्व, जो प्राकृतिक चट्टानों और औद्योगिक कचरे से नदियों और भूजल में रिसता है, एक शक्तिशाली विष है जो बहुत कम मात्रा में भी गंभीर बीमारी और कैंसर का कारण बन सकता है। क्योंकि यह इतना खतरनाक है, वैज्ञानिक लंबे समय से पानी से आर्सेनिक को हमारे नलों तक पहुँचने से पहले बाहर निकालने के तरीकों की तलाश कर रहे हैं। पारंपरिक तरीकों के लिए अक्सर महंगे उपकरणों, भारी मात्रा में ऊर्जा, या ऐसे जहरीले कीचड़ (स्लज) की आवश्यकता होती है जो स्वयं एक नई समस्या बन जाता है। चुनौती एक ऐसी सामग्री खोजने की थी जो सस्ती हो, उपयोग में आसान हो, और आर्सेनिक अणुओं को पकड़ने और उन्हें मजबूती से थामे रखने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हो, ताकि पानी साफ रहे।

हाल ही में एक अध्ययन में, चीन के हेनान विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक नई सामग्री विकसित की है जिसे इन्हीं सटीक आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उन्होंने एल्युमीनियम ऑक्साइड से बना एक छोटा, खोखला गोला बनाया है जो दिखने और महसूस होने में कुछ हद तक झींगा या केकड़े के कठोर कवच जैसा है, जिसे प्रकृति में चिटिन (chitin) नामक संरचना कहा जाता है। यह नई सामग्री केवल एक ठोस गेंद नहीं है; यह एक छिद्रपूर्ण, खोखली खोल है जिसकी सतह खुरदरी, ऊबड़-खाबड़ और छोटे कांटों से ढकी हुई है। ये विशेषताएं इसे अपने आकार के सापेक्ष एक विशाल सतह क्षेत्र प्रदान करती हैं, जिससे अनगिनत छोटे हुक और कोने बन जाते हैं जहाँ आर्सेनिक के अणु फंस सकते हैं। टीम ने इस सामग्री को तेल और पानी के मिश्रण का उपयोग करते हुए एक चतुर तकनीक के माध्यम से संश्लेषित किया जो एक सांचे (मोल्ड) की तरह कार्य करता है, जो एल्युमीनियम को इन पूर्ण, खोखले गोलों के रूप में आकार देने के लिए उपयोग किया जाता है, इससे पहले कि उन्हें उनके अंतिम, कठोर रूप में पकाया जाए।

शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि ये छोटे गोले आर्सेनिक से दूषित पानी को कितनी अच्छी तरह साफ कर सकते हैं। उन्होंने पाया कि यह सामग्री तब सबसे अच्छा काम करती है जब पानी थोड़ा अम्लीय (एसिडिक) होता है। इन स्थितियों में, एल्युमीनियम के गोलों की सतह धनात्मक रूप से आवेशित (पॉजिटिव चार्ज) हो जाती है, जबकि पानी में मौजूद आर्सेनिक के अणु ऋणात्मक रूप से आवेशित (नेगेटिव चार्ज) होते हैं। जिस प्रकार चुंबक के विपरीत ध्रुव एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं, उसी प्रकार गोले की धनात्मक सतह ऋणात्मक आर्सेनिक को अपनी ओर खींचती है, और उसे अपनी जगह पर लॉक कर देती है। जब पानी का पीएच (pH) स्तर 3.0 था, तो इस सामग्री ने घोल से लगभग 99 प्रतिशत आर्सेनिक को हटा दिया। यहाँ तक कि जब शोधकर्ताओं ने पानी में सामग्री की मात्रा बढ़ाई, तो आर्सेनिक को पकड़ पाने की क्षमता भी बढ़ गई, जिससे पता चलता है कि यह सामग्री जल्दी थकती या भरती नहीं है।

यह समझने के लिए कि यह सामग्री वास्तव में कैसे काम करती है, टीम ने इस बात पर नज़र रखी कि आर्सेनिक कितनी तेज़ी से हटाया गया और एक साथ कितना पकड़ा जा सकता है। यह प्रक्रिया एक अनुमानित पैटर्न का पालन करती थी जहाँ आर्सेनिक के अणु गोलों की सतह पर समान रूप से फैल जाते हैं, और सामग्री की सीमा तक पहुँचने से पहले एक एकल परत बनाते हैं। इस व्यवहार ने सुझाव दिया कि निष्कासन एक सीधे, मजबूत रासायनिक बंधन के माध्यम से हो रहा था, न कि केवल एक कमजोर भौतिक जुड़ाव के माध्यम से। यह सामग्री बहुत स्थिर भी सिद्ध हुई। एक महीने तक बार-बार धोने और परीक्षण करने के बाद भी, इसने आर्सेनिक को थामे रखा और इसे वापस पानी में छोड़ने की दर बहुत कम रही। यह इंगित करता है कि एक बार आर्सेनिक पकड़े जाने के बाद, वह वहीं रहता है, जिससे पर्यावरण में इसके वापस लीक होने की संभावना कम हो जाती है।

अध्ययन में यह भी देखा गया कि इस सामग्री को बनाने के तरीके को सुनिश्चित करने के लिए क्या आवश्यक था ताकि इसका उत्पादन निरंतरता के साथ किया जा सके। शोधकर्ताओं ने पाया कि पानी के स्नान (वॉटर बाथ) का तापमान और तेल और पानी के चरणों को मिलाने के लिए उपयोग किए जाने वाले एक विशिष्ट साबुन जैसे पदार्थ की मात्रा महत्वपूर्ण थी। यदि मिश्रण बहुत ठंडा था या साबुन की मात्रा गलत थी, तो गोले आपस में जुड़ जाते या गलत आकार ले लेते। इन स्थितियों को सूक्ष्मता से नियंत्रित करके, उन्होंने एक ऐसी सामग्री बनाई जिसका सतह क्षेत्र प्रति ग्राम लगभग 395 वर्ग मीटर और सूक्ष्म छिद्र थे। ये सटीक माप पुष्टि करते हैं कि यह सामग्री अत्यधिक छिद्रपूर्ण है और प्रदूषकों के लिए एक स्पंज के रूप में कार्य करने के लिए तैयार है। ये निष्कर्ष बताते हैं कि यह चिटिन जैसी खोखली एलुमिना, आर्सेनिक को साफ करने के लिए एक व्यावहारिक, कुशल उपकरण हो सकती है, जो वर्तमान तरीकों का एक सरल और अधिक प्रभावी विकल्प प्रदान करती है।