Comparison of the effectiveness of various extraction agents for separating europium into ionic liquids
यह अध्ययन तरल रेडियोधर्मी अपशिष्ट से यूरोपियम, जो एक लैंथेनाइड प्रतिनिधि है, को आयनिक तरल पदार्थों में अलग करने में विभिन्न निष्कर्षण एजेंटों की प्रभावशीलता का मूल्यांकन करता है, जो पारंपरिक कार्बनिक सॉल्वैंट्स के एक आशाजनक विकल्प के रूप में हैं।
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कल्पना कीजिए कि आप एक बहुत ही गंदे, रेडियोधर्मी रसोईघर की सफाई करने की कोशिश कर रहे हैं। परमाणु ऊर्जा की दुनिया में, जब रिएक्टर चलते हैं या पुराने उपकरणों को अलग किया जाता है, तो वे पीछे "तरल रेडियोधर्मी कचरा" छोड़ देते हैं। यह केवल गंदा पानी नहीं है; यह रेडियोन्यूक्लाइड्स जैसे खतरनाक परमाणुओं का एक जटिल मिश्रण है, जो एसिड और अन्य रसायनों के साथ मिला हुआ है। वैज्ञानिकों का लक्ष्य इस सूप से विशिष्ट, उपयोगी या खतरनाक परमाणुओं को बाहर निकालना है ताकि उन्हें पुन: उपयोग किया जा सके या सुरक्षित रूप से संग्रहीत किया जा सके, जिससे कचरे का आयतन बहुत कम और स्वच्छ हो जाए।
इसे करने के लिए, वैज्ञानिक अक्सर "लिक्विड-लिक्विड एक्सट्रैक्शन" नामक तकनीक का उपयोग करते हैं। इसे तेल और सिरके (vinegar) को अलग करने की कोशिश की तरह समझें। आपके पास आपका गंदा पानी (जलीय चरण/aqueous phase) है और आप इसे एक विशेष तेल (कार्बनिक चरण/organic phase) के साथ हिलाते हैं जो विशिष्ट परमाणुओं को पकड़ने के लिए पसंद करता है लेकिन पानी से नफरत करता है। आमतौर पर, यह "तेल" क्लोरोफॉर्म जैसा एक मानक रासायनिक विलायक होता है। हालांकि, ये पारंपरिक विलायक बदबूदार, ज्वलनशील और पर्यावरण के लिए बुरे हो सकते हैं। यहाँ "आयनिक लिक्विड" (Ionic Liquid) आता है। आप आयनिक लिक्विड को एक ऐसे नमक के रूप में सोच सकते हैं जो कमरे के तापमान पर तरल में बदल गया है। यह सामान्य विलायकों की तरह वाष्पित नहीं होता है, यह मजबूत है, और वैज्ञानिक इसकी केमिस्ट्री को ठीक उसी तरह "ट्यून" कर सकते हैं जैसे किसी कस्टम-बिल्ट रोबोट को बनाया जाता है, ताकि वह ठीक वही चीजें पकड़ सके जिनकी उन्हें आवश्यकता है। बड़ा सवाल यह है कि क्या ये फैंसी नए आयनिक लिक्विड वास्तव में विशिष्ट परमाणुओं को पकड़ने के लिए पुराने सॉल्वेंट्स से बेहतर काम करते हैं?
यह शोध पत्र इसी प्रश्न पर गहराई से उतरता है और एक विशिष्ट परमाणु पर ध्यान केंद्रित करता है: यूरोपियम (Europium)। यूरोपियम, लैंथेनाइड्स के एक परिवार का सदस्य है, जो अपनी रासायनिक समानता के कारण आपस में अलग होने में बेहद कठिन होते हैं। शोधकर्ताओं ने यूरोपियम को इन कठिन "जुड़वां" तत्वों के प्रतिनिधि के रूप में इस्तेमाल किया। उन्होंने यह देखने के लिए "पकड़ने की प्रतियोगिताएं" आयोजित कीं कि कौन सा रासायनिक "जाल" (जिसे एक्सट्रैक्टेंट कहा जाता है) दो अलग-अलग "तालाबों" में सबसे अच्छा काम करता है: पारंपरिक क्लोरोफॉर्म तालाब और नया आयनिक लिक्विड तालाब। उन्होंने पांच अलग-अलग जाल परीक्षण किए: TBP, TPPO, TOPO, CMPO, और TODGA। उन्होंने पानी की अम्लता (acidity) को भी बदला, जो बहुत खट्टे (नाइट्रिक एसिड) से लेकर तटस्थ (neutral) और थोड़े साबुन जैसे (क्षारीय/alkaline) तक थी, यह देखने के लिए कि ये जाल विभिन्न परिस्थितियों में कैसे टिकते हैं।
यहाँ उन्हें क्या पता चला। सबसे पहले, "जाल" इस बात पर बहुत अलग तरह से व्यवहार करते थे कि वे किस "तालाब" में हैं। पारंपरिक क्लोरोफॉर्म तालाब में, TOPO नामक जाल स्पष्ट विजेता था, जो थोड़ा अम्लीय (pH 2 से 6) होने पर यूरोपियम को बहुत कुशलता से पकड़ता था। हालांकि, TBP नामक जाल क्लोरोफॉर्म में लगभग बेकार था, जो लगभग कुछ भी नहीं पकड़ पाता था। CMPO नामक जाल क्लोरोफॉर्म में अच्छा काम करता था, लेकिन केवल एक विशिष्ट pH रेंज (4 से 10) में, जो बहुत अम्लीय या बहुत क्षारीय पानी में विफल रहता था।
कहानी तब और भी दिलचस्प हो गई जब वे आयनिक लिक्विड तालाब में गए। इस नए वातावरण में, नियम बदल गए। TBP जाल, जो क्लोरोफॉर्म में एक फ्लॉप था, ने यूरोपियम को थोड़ा पकड़ना शुरू कर दिया, हालांकि यह अभी भी बहुत प्रभावी नहीं था। TOPO जाल, जो क्लोरोफॉर्म में एक सुपरस्टार था, आयनिक लिक्विड में अजीब व्यवहार करने लगा। यूरोपियम को पकड़कर तरल में रखने के बजाय, बड़ी मात्रा में रेडियोधर्मी गतिविधि कांच की शीशियों (vials) की दीवारों से चिपक गई, जैसे कि परमाणु तरल के बजाय कांच से चिपके हों। यह विभिन्न pH स्तरों पर हुआ। शोधकर्ताओं ने इस "गोंद" वाली समस्या को ठीक करने के लिए मिश्रण में TBP मिलाने की कोशिश की, और हालांकि इससे थोड़ा सुधार हुआ, लेकिन यह समस्या पूरी तरह से हल नहीं हुई।
इस कहानी का असली नायक आयनिक लिक्विड तालाब में CMPO जाल साबित हुआ। यह संयोजन एक शक्तिशाली हथियार था। इसने परीक्षण की गई लगभग सभी स्थितियों में, बहुत अम्लीय से लेकर क्षारीय तक, यूरोपियम को अविश्वसनीय रूप से अच्छी तरह से पकड़ा। वास्तव में, आयनिक लिक्विड में, CMPO इतना प्रभावी था कि उसने कुछ स्थितियों में 90% से अधिक यूरोपियम को बाहर निकाल लिया, जबकि पारंपरिक क्लोरोफॉर्म सिस्टम केवल लगभग 50% ही प्रबंधित कर सका। शोधकर्ताओं ने TODGA नामक एक अन्य मजबूत जाल को भी देखा। क्लोरोफॉर्म में, इसे अच्छी तरह से काम करने के लिए बहुत मजबूत एसिड की आवश्यकता थी। आयनिक लिक्विड में, इसने कम एसिड स्तरों पर बहुत बेहतर प्रदर्शन किया, हालांकि इसे भी कम pH पर उसी "कांच की दीवारों से चिपकने" वाली समस्या का सामना करना पड़ा।
शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि जबकि पारंपरिक विलायकों की अपनी ताकत होती है, आयनिक लिक्विड, विशेष रूप से सही एक्सट्रैक्टेंट के साथ जोड़े जाने पर, एक आशाजनक विकल्प पेश करते हैं। विशेष रूप से, CMPO और आयनिक लिक्विड [C4mim][NTf2] का संयोजन, उन स्थितियों में भी इन कठिन परमाणुओं को अलग करने का एक अत्यधिक कुशल तरीका सुझाता है जहाँ पारंपरिक तरीके संघर्ष करते हैं। हालांकि, शोधकर्ताओं ने यह भी नोट किया कि TOPO और TODGA के साथ आयनिक लिक्विड में देखी गई "चिपकने" की घटना एक रहस्य है जिसे वास्तविक दुनिया के अपशिष्ट उपचार के लिए इन प्रणालियों पर पूरी तरह से भरोसा करने से पहले और अधिक अध्ययन की आवश्यकता है। इस अध्ययन ने यह साबित नहीं किया कि आयनिक लिक्विड हर चीज़ के लिए पूर्ण समाधान हैं, लेकिन यह दृढ़ता से सुझाव देता है कि वे परमाणु कचरे की सफाई के भविष्य के लिए एक बहुत मजबूत उम्मीदवार हैं, बशर्ते हम यह समझ लें कि परमाणुओं को कांच से चिपकने से कैसे रोका जाए।
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