Theoretical Research on Zeolite-Supported In-situ Grown LDO for Fluoride Removal in High-Salinity Wastewater by Memory Reconstruction
यह अध्ययन इन-सीटू ग्रोथ और मेमोरी रिकंस्ट्रक्शन के माध्यम से एक ज़ियोलाइट-समर्थित MgAl-LDO कंपोजिट अधिशोषक विकसित करता है, जो शुद्ध LDO या केवल अम्लीकृत ज़ियोलाइट की तुलना में उच्च-लवणता वाले अपशिष्ट जल में काफी उन्नत फ्लोराइड निष्कासन क्षमता और पुनर्चक्रण क्षमता प्रदर्शित करता है।
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अत्यधिक खारा पानी अक्सर एक छिपा हुआ खतरा साथ लाता है: फ्लोराइड। हालांकि मानव दांतों के लिए कम मात्रा में फ्लोराइड फायदेमंद होता है, लेकिन पीने के पानी में इसकी अधिक मात्रा हड्डियों और दांतों के इनेमल को नुकसान पहुंचा सकती है। इलेक्ट्रॉनिक चिप बनाने वाले, धातु गलाने वाले या रसायनों को संसाधित करने वाले उद्योग अक्सर भारी मात्रा में अपशिष्ट जल छोड़ते हैं जो अत्यधिक खारा और फ्लोराइड से भरपूर होता है। इस ब्राइन (नमकीन घोल) से फ्लोराइड को निकालना बेहद कठिन है। पानी में मौजूद नमक के आयन, जैसे कि क्लोराइड और सल्फेट, शोर मचाने वाले दर्शकों की भीड़ की तरह कार्य करते हैं जो सामान्य सफाई एजेंटों को फ्लोराइड आयनों को पकड़ने से रोकते हैं। अधिकांश मानक फिल्टर इस प्रतिस्पर्धा के कारण अभिभूत हो जाते हैं, जिससे पानी असुरक्षित रह जाता है। वैज्ञानिक लंबे समय से 'लेयर्ड डबल हाइड्रोक्साइड्स' नामक एक विशेष वर्ग की सामग्रियों के बारे में जानते हैं, जो सूक्ष्म मिट्टी की परतों (clay sheets) की तरह होती हैं जो प्रदूषकों को फंसाने के लिए अपने आंतरिक आयनों को बदल सकती हैं। जब इन सामग्रियों को गर्म किया जाता है, तो वे अपना पानी और संरचना खो देती हैं, जिससे वे एक छिद्रपूर्ण ऑक्साइड में बदल जाती हैं। उल्लेखनीय रूप से, जब यह गर्म सामग्री फिर से पानी के संपर्क में आती है, तो यह अपनी मूल आकृति को याद रखती है और वापस परतों वाले रूप में आ जाती है, जिसे "मेमोरी इफेक्ट" (स्मृति प्रभाव) कहा जाता है। यह स्मृति इसे फ्लोराइड आयनों को तब भी चुनिलेक्टिव रूप से पकड़ने की अनुमति देती है जब वे नमक से घिरे हों। हालांकि, अपने शुद्ध, पाउडर वाले रूप में, इन सामग्रियों का वास्तविक दुनिया के कारखानों में उपयोग करना कठिन है क्योंकि ये सूक्ष्म परतें गीली रेत की तरह आपस में चिपक जाती हैं, जिससे सफाई के बाद उन्हें पानी से अलग करना मुश्किल हो जाता है।
एक शोधकर्ता ने इस व्यावहारिक समस्या को हल करने के लिए एक हाइब्रिड सामग्री बनाने का प्रयास किया जो इन मेमोरी ऑक्साइड्स की सफाई शक्ति को एक प्राकृतिक खनिज की मजबूत संरचना के साथ जोड़ती है। उन्होंने एक सामान्य खनिज जिसे क्लिनोप्टिलोलाइट (clinoptilolite) कहा जाता है, जो प्रकृति में पाया जाने वाला एक प्रकार का ज़ियोलाइट है, को एक कठोर कंकाल के रूप में चुना। सबसे पहले, उन्होंने सतह को खुरदरा करने और छोटे रासायनिक हुक बनाने के लिए ज़ियोलाइट को एक हल्के एसिड से उपचारित किया। इसके बाद, उन्होंने ज़ियोलाइट कणों पर सीधे मेमोरी सामग्री की एक पतली, समान परत उगाई। यह सुनिश्चित करने के लिए कि कोटिंग प्रभावी हो, उन्होंने इस विकास को कार्बन डाइऑक्साइड से पूरी तरह मुक्त वातावरण में किया, जिसमें एक विशिष्ट प्रकार के रासायनिक प्रिकर्सर (precursor) का उपयोग किया गया ताकि अनचाहे कार्बोनेट आयन न फंस सकें। कोटिंग पूरी होने के बाद, उन्होंने मिश्रण को 400 और 450 डिग्री सेल्सियस के बीच एक सटीक तापमान पर गर्म किया। इस चरण ने कोटिंग को छिद्रपूर्ण ऑक्साइड में बदल दिया जबकि ज़ियोलाइट का कोर बरकरार रहा। परिणाम स्वरूप एक कंपोजिट कण प्राप्त हुआ जहाँ ज़ियोलाइट एक ठोस आधार के रूप में कार्य करता है, जिससे सक्रिय सफाई सामग्री फैली रहती है और आपस में चिपकने से बचती है।
शोधकर्ता ने इस नई सामग्री का परीक्षण उस पानी में किया जो औद्योगिक अपशिष्ट जल की कठोर स्थितियों की नकल करता था, जिसमें नमक और फ्लोराइड का उच्च स्तर था। परिणाम आश्चर्यजनक थे। यह कंपोजिट सामग्री प्रति ग्राम सामग्री के लिए 127.23 मिलीग्राम फ्लोराइड को रोक सकती थी, जो कि अकेले एसिड-ट्रीटेड ज़ियोलाइट द्वारा हासिल की जा सकती क्षमता से चार गुना से भी अधिक थी। इसकी तुलना में, ज़ियोलाइट सपोर्ट के बिना शुद्ध मेमोरी सामग्री काफी खराब प्रदर्शन करती थी, और यदि इसे बहुत अधिक गर्म किया गया या गलत रासायनिक प्रिकर्सर का उपयोग किया गया, तो सामग्री पूरी तरह विफल हो गई। अध्ययन ने दिखाया कि यह सामग्री तंत्रों के संयोजन के माध्यम से काम करती थी: मेमोरी इफेक्ट ने इसे अपनी संरचना को पुनर्गठित करने और फ्लोराइड आयनों को अपनी परतों के भीतर फंसाने की अनुमति दी, जबकि सामग्री की सतह ने फ्लोराइड के साथ रासायनिक रूप से बंध बनाया। महत्वपूर्ण रूप से, ज़ियोलाइट कोर की उपस्थिति का अर्थ था कि सामग्री पानी से जल्दी नीचे बैठ जाती थी, जिससे जटिल मशीनरी के बिना आसान अलगाव संभव हो गया। उपयोग किए जाने के बाद, अपनी मेमोरी को पुनर्जीवित करने के लिए गर्म किए जाने और पांच बार उपयोग किए जाने के बाद भी, सामग्री ने अपनी मूल सफाई क्षमता का 82 प्रतिशत से अधिक हिस्सा बनाए रखा।
अध्ययन ने यह भी रेखांकित किया कि निर्माण के दौरान उपयोग की जाने वाली स्थितियों के प्रति यह प्रक्रिया कितनी संवेदनशील है। यदि सामग्री को 500 डिग्री सेल्सियस से ऊपर गर्म किया जाता, तो मेमोरी इफेक्ट स्थायी रूप से नष्ट हो जाता और सफाई की शक्ति तेजी से गिर जाती। इसी तरह, यदि कूलिंग फेज के दौरान हवा से कार्बन डाइऑक्साइड मिलने दी जाती, तो सामग्री इसे सोख लेती और फ्लोराइड हटाने में बहुत कम प्रभावी हो जाती। शोधकर्ता ने यह भी प्रदर्शित किया कि यह सामग्री फ्लोराइड को हटाने के साथ-साथ लेड (सीसा) और कॉपर (तांबा) जैसे भारी धातु आयनों को भी हटा सकती है, जो यह सुझाव देता है कि यह एक साथ कई प्रकार के प्रदूषण को साफ कर सकती है। प्रचुर, कम लागत वाले प्राकृतिक खनिजों का उपयोग करके और महंगे रसायनों से बचकर, शोधकर्ता ने एक ऐसा समाधान बनाया जो न केवल अत्यधिक प्रभावी है बल्कि बड़े पैमाने पर औद्योगिक उपयोग के लिए व्यावहारिक भी है। यह कार्य कठिन औद्योगिक अपशिष्ट जल के उपचार के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है, जो एक ऐसी सामग्री को एक मजबूत उपकरण में बदल देता है जो कभी संभालने में बहुत कठिन थी, ताकि जल की गुणवत्ता की रक्षा की जा सके।
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