Phenol Adsorption from Water Using Raw and Quaternized Waste Sorbents: Isotherm, Kinetic, and Thermodynamic Analysis

औद्योगिक रसायनों और कृषि अपवाह से होने वाला जल प्रदूषण पारिस्थितिक तंत्र और मानव स्वास्थ्य के लिए एक निरंतर खतरा बना हुआ है। इनमें सबसे खतरनाक प्रदूषकों में फेनोलिक यौगिक (phenolic compounds) शामिल हैं, जो कम सांद्रता में भी गंभीर विषाक्तता पैदा कर सकते हैं, आंतरिक अंगों को नुकसान पहुँचा सकते हैं और कैंसर के जोखिम को बढ़ा सकते हैं। पानी को साफ करने की पारंपरिक विधियाँ, जैसे कि कचरे को जलाना या जटिल झिल्ली फिल्टर (membrane filters) का उपयोग करना, अक्सर महंगे उपकरणों और उच्च ऊर्जा खपत की मांग करती हैं, जिससे उन्हें उन विकासशील क्षेत्रों में लागू करना कठिन हो जाता है जहाँ संसाधन सीमित हैं। इन क्षेत्रों में, वैज्ञानिकों ने एक अलग तरह के समाधान की ओर अपना ध्यान केंद्रित किया है: कृषि के स्वयं के प्राकृतिक अपशिष्ट उत्पादों का उपयोग करना। फल और पौधों की छिलकों को ऐसे पदार्थों में बदलकर जो विषाक्त पदार्थों को फँसा सकें और हटा सकें, शोधकर्ता बिना नया प्रदूषण उत्पन्न किए पानी को शुद्ध करने का एक कम लागत वाला, टिकाऊ तरीका बनाने की आशा करते हैं।

केन्या के रुइरू उप-काउंटी (Ruiru Sub-County) में शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस बात की जांच की कि क्या दो सामान्य कृषि अपशिष्टों को प्रभावी जल क्लीनर बनने के लिए उन्नत किया जा सकता है। उन्होंने हॉर्नड मेलन (horned melon) के छिलकों, जो कि एक स्थानीय रूप से ज्ञात कांटेदार फल है, और ग्रेन्स-ऑफ-पैराडाइज (grains-of-paradise) पौधे की फलियों पर ध्यान केंद्रित किया, जो इस क्षेत्र में व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला एक मसाला है। इन सामग्रियों को स्थानीय बाजारों से एकत्र किया गया और महीन पाउडर में संसाधित किया गया। वैज्ञानिकों ने इन कच्चे पाउडरों का परीक्षण उसी सामग्री के एक संशोधित संस्करण के विरुद्ध किया। संशोधित संस्करण बनाने के लिए, उन्होंने पाउडर को उनकी सतह पर धनात्मक विद्युत आवेश (positive electrical charges) जोड़ने के लिए विशिष्ट रसायनों के साथ उपचारित किया। 'क्वाटरनाइजेशन' (quaternization) के रूप में जानी जाने वाली यह प्रक्रिया, सामग्री को अधिक छिद्रपूर्ण बनाने और फेनोल अणुओं को आकर्षित करने तथा उन्हें थामने में बेहतर बनाने के लिए डिज़ाइन की गई थी, जो अक्सर पानी में ऋणात्मक आवेश (negative charge) ले जाते हैं।

शोधकर्ताओं ने यह देखने के लिए नियंत्रित प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित की कि ये सामग्रियां विभिन्न परिस्थितियों में कितनी अच्छी तरह काम करती हैं। उन्होंने फेनोल युक्त पानी के साथ पाउडर को मिलाया और पानी की अम्लता (acidity), उपयोग किए गए पाउडर की मात्रा और मिश्रण को बैठने के लिए दिए गए समय जैसे कारकों को समायोजित किया। उन्होंने पाया कि संशोधित, धनात्मक आवेशित पाउडर, कच्चे, अपरिवदित पाउडर की तुलना में काफी बेहतर प्रदर्शन करते हैं। सर्वोत्तम परिणाम तब प्राप्त हुए जब पानी थोड़ा अम्लीय था, विशेष रूप से pH स्तर 4 पर, और जब मिश्रण को लगभग तीस से साठ मिनट तक हिलाया गया। इन इष्टतम परिस्थितियों के तहत, संशोधित ग्रेन्स-ऑफ-पैराडाइज पाउडर ने पानी से फेनोल को लगभग छियानवे प्रतिशत हटा दिया। इसके विपरीत, उन्हीं सामग्रियों के कच्चे संस्करणों ने बहुत कम मात्रा में इसे हटाया, जिससे यह सिद्ध हुआ कि उच्च प्रदर्शन के लिए रासायनिक संशोधन आवश्यक था।

यह समझने के लिए कि सफाई ठीक से कैसे हुई, टीम ने पदार्थों के सतहों से चिपकने का वर्णन करने वाले मानक मॉडलों का उपयोग करके डेटा का विश्लेषण किया। परिणामों ने संकेत दिया कि फेनль अणु पाउडर की सतह पर एक एकल परत बनाते हैं, जो केवल ढीले रूप से ऊपर बैठने के बजाय रासायनिक अंतःक्रियाओं के माध्यम से मजबूती से बंधते हैं। सफाई की गति ने सुझाव दिया कि यह प्रक्रिया इन रासायनिक बंधों के बनने द्वारा नियंत्रित थी जो पाउडर और प्रदूषक के बीच बनते हैं। इसके अलावा, अध्ययन ने दिखाया कि यह प्रक्रिया कम तापमान पर सबसे अच्छा काम करती थी और इसने थोड़ी मात्रा में ऊष्मा उत्सर्जित की, जिससे पुष्टि हुई कि यह अंतःक्रिया स्वतःस्फूर्त और ऊर्जावान रूप से अनुकूल थी। संशोधित पाउडर को साफ और पुन: उपयोग भी किया जा सकता था; एक हल्के एसिड समाधान के साथ धोने के बाद, वे पांच चक्रों के उपयोग के बाद भी अपनी मूल सफाई क्षमता का आधे से अधिक हिस्सा बनाए रखते हैं।

जब टीम ने वास्तविक जल नमूनों पर इन सामग्रियों का परीक्षण किया जो रुइरू नदी (Ruiru River) से लिए गए थे, तो परिणाम अधिक मध्यम लेकिन फिर भी उत्साहजनक थे। नदी के पानी में अन्य विभिन्न घुले हुए पदार्थ भी थे जो स्थान के लिए फेनोल के साथ पाउडर की सतह पर प्रतिस्पर्धा कर रहे थे, जिससे निष्कासन दर समग्र रूप से घटकर बीस से उनतीस प्रतिशत के बीच रह गई। शुद्ध प्रयोगशाला जल की तुलना में दक्षता में इस गिरावट के बावजूद, ये सामग्रियां सफलतापूर्वक फेनोल के स्तर को कम करने में सफल रहीं। यह दर्शाता है कि हालांकि वास्तविक दुनिया के वातावरण में अन्य रसायनों की उपस्थिति एक चुनौती पेश करती है, फिर भी ये संशोधित कृषि अपशिष्ट दूषित पानी के उपचार के लिए एक व्यवहार्य विकल्प बने हुए हैं। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि स्थानीय कचरे को कार्यात्मक सफाई एजेंटों में बदलना जल उपचार के लिए एक व्यावहारिक, चक्रीय दृष्टिकोण प्रदान करता है, जो दैनिक निपटान की समस्या को सार्वजनिक स्वास्थ्य और पर्यावरण की रक्षा के लिए एक संसाधन में बदल देता है।