Efficiency of Photocatalytic Ozonation Process in the Presence of CoFe₂O₄/ZnTiO₃/Ag Nanocomposite for the Removal of Bisphenol A from Aqueous Solutions
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि एक नवीन चुंबकीय CoFe₂O₄/ZnTiO₃/Ag त्रिक नैनोकम्पोजिट (ternary nanocomposite) UV-C विकिरण के तहत फोटोकैटलिटिक ओजोनेशन की दक्षता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है, जो एक सहक्रियात्मक तंत्र के माध्यम से जलीय विलयनों से बिस्फेनॉल ए (Bisphenol A) को 91% से अधिक हटाने में सक्षम है और साथ ही उच्च स्थिरता और पुन: प्रयोज्यता बनाए रखता है।
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जल उपचार संयंत्र हमारी नदियों और झीलों को साफ करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, लेकिन वे अक्सर अदृश्य हमलावरों के एक विशिष्ट वर्ग से जूझते हैं: एंडोक्राइन-डिसरप्टिंग कंपाउंड्स (अंतःस्रावी व्यवधानकारी यौगिक)। ये ऐसे रसायन हैं जो जीवित चीजों में हार्मोन की नकल करते हैं, जिससे बहुत कम मात्रा में मौजूद होने पर भी नुकसान पहुँचता है। इनमें से सबसे आम और स्थायी तत्वों में से एक बिस्फेनॉल ए (Bisphenol A) है, जो एक ऐसा पदार्थ है जिसका उपयोग कठोर प्लास्टिक और एपॉक्सी रेजिन बनाने में किया जाता है। क्योंकि यह बहुत स्थिर है, यह प्रकृति में आसानी से टूटता नहीं है, और यह पारंपरिक अपशिष्ट जल उपचार के फिल्टरों से निकलकर हमारे पीने के पानी और उन पारिस्थितिक तंत्रों में पहुँच जाता है जिन पर हम निर्भर हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से इन अणुओं को पूरी तरह से नष्ट करने का तरीका खोज रहे हैं, ताकि उन्हें केवल एक स्थान से दूसरे स्थान पर ले जाने के बजाय, उन्हें हानिरहित पानी और कार्बन डाइऑक्साइड में बदला जा सके। एक आशाजनक दृष्टिकोण 'उन्नत ऑक्सीकरण' (advanced oxidation) का उपयोग करना है, जो एक ऐसी प्रक्रिया है जो शक्तिशाली, अल्पकालिक रासायनिक एजेंट उत्पन्न करती है जो जिद्दी कार्बनिक अणुओं को छिन्न-भिन्न करने में सक्षम होते हैं।
हाल ही में, ईरान के कशान यूनिवर्सिटी ऑफ मेडिकल साइंसेज के शोधकर्ताओं ने इस प्रक्रिया को सुपरचार्ज करने के एक नए तरीके का पता लगाया। उन्होंने तीन अलग-अलग तकनीकों को मिलाया: ओजोन गैस, पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश, और एक विशेष रूप से इंजीनियर किया गया चुंबकीय पाउडर। लक्ष्य यह देखना था कि क्या ये तीन तत्व अकेले काम करने वाले किसी भी एक तत्व की तुलना में बिस्फेनॉल ए को अधिक प्रभावी ढंग से नष्ट करने के लिए मिलकर काम कर सकते हैं। टीम ने एक अनूठा पदार्थ बनाया, एक 'टर्नरी नैनोकम्पोजिट' (ternary nanocomposite), जो अनिवार्य रूप से तीन अलग-अलग घटकों से बना एक सूक्ष्म कण है। यह पदार्थ एक उत्प्रेरक (कैटलिस्ट) के रूप में कार्य करता है, जो एक ऐसा पदार्थ है जो स्वयं उपयोग हुए बिना रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज करता है। मैग्नेटिक आयरन और कोबाल्ट ऑक्साइड को जिंक-टाइटेनियम यौगिक और सिल्वर के साथ मिलाकर, उन्होंने एक ऐसा उत्प्रेरक बनाया जिसे काम पूरा होने के बाद चुंबक द्वारा पानी से आसानी से निकाला जा सके, जिससे जटिल निस्पंदन (फिल्ट्रेशन) प्रणालियों की आवश्यकता समाप्त हो जाती है।
शोधकर्ताओं ने यह परीक्षण करने के लिए कि यह नया उत्प्रेरक कितनी अच्छी तरह काम करता है, एक नियंत्रित प्रयोग स्थापित किया। उन्होंने बिस्फेनॉल ए से दूषित पानी को एक रिएक्टर में रखा और उसमें चुंबकीय पाउडर, ओजोन गैस और पराबैंगनी प्रकाश को एक साथ पेश किया। उन्होंने सावधानीपूर्वक स्थितियों को समायोजित किया, जिसमें उत्प्रेरक की विभिन्न मात्राओं, पानी में अम्लता के विभिन्न स्तरों और प्रदूषक की विभिन्न शुरुआती सांद्रता का परीक्षण किया गया। उन्होंने पाया कि यह प्रणाली तब सबसे अच्छा काम करती है जब पानी तटस्थ (न्यूट्रल) होता है, न तो बहुत अधिक अम्लीय और न ही बहुत अधिक क्षारीय, और जब उन्होंने उत्प्रेरक की एक विशिष्ट, मध्यम मात्रा का उपयोग किया। इन आदर्श स्थितियों के तहत, इस प्रक्रिया ने चार घंटे के भीतर पानी से बिस्फेनॉल ए को 91 प्रतिशत से अधिक हटा दिया। इसने समग्र रासायनिक प्रदूषण, जिसे केमिकल ऑक्सीजन डिमांड (COD) कहा जाता है, को 82 प्रतिशत से अधिक कम कर दिया, जो यह दर्शाता है कि जहरीले अणुओं को बहुत सरल, सुरक्षित पदार्थों में तोड़ा जा रहा था।
जो परिणाम विशेष रूप से महत्वपूर्ण था, वह इन तीन घटकों के बीच की परस्पर क्रिया थी। जब शोधकर्ताओं ने केवल ओजोन, या केवल पराबैंगनी प्रकाश, या केवल उत्प्रेरक के साथ सिस्टम का परीक्षण किया, तो हटाने की दर बहुत कम थी। अकेले ओजोन ने लगभग 70 प्रतिशत हटाया, और अकेला प्रकाश बहुत कम प्रभावी था। हालांकि, जब इन तीनों को मिलाया गया, तो दक्षता नाटकीय रूप से बढ़ गई। अध्ययन ने पुष्टि की कि पराबैंगनी प्रकाश ने उत्प्रेरक को ऊर्जावान बनाया, जिसने फिर ओजोन गैस को और भी अधिक प्रतिक्रियाशील रूपों में टूटने में मदद की। इसने एक शक्तिशाली तालमेल (synergy) बनाया जहाँ पूरी प्रणाली अपने हिस्सों के योग से कहीं अधिक प्रभावी थी। उत्प्रेरक के भीतर सिल्वर घटक ने इस प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, जो विद्युत आवेशों को अलग करने और उन्हें एक-दूसरे को रद्द करने से रोकने में मदद करता है, जिससे प्रतिक्रिया तेजी से आगे बढ़ पाती है।
टीम ने इस सामग्री के व्यावहारिक पक्ष को भी देखा। चूंकि उत्प्रेरक में चुंबकीय लोहा शामिल है, इसलिए इसे एक साधारण बाहरी चुंबक का उपयोग करके सेकंडों में उपचारित पानी से अलग किया जा सकता है, जो एक ऐसी विशेषता है जो इसे फिल्टर या सेंट्रीफ्यूज की आवश्यकता वाले तरीकों की तुलना में चलाना बहुत आसान और सस्ता बनाती है। उन्होंने सात बार लगातार एक ही बैच के उत्प्रेरक के साथ उसी पानी के उपचार की प्रक्रिया चलाकर सामग्री की स्थायित्व का परीक्षण किया। हालांकि समय के साथ इसकी दक्षता में थोड़ी गिरावट आई, लेकिन सामग्री कार्यात्मक बनी रही और इसे आसानी से पुनः प्राप्त किया जा सका, जिससे सिद्ध होता है कि यह बार-बार उपयोग के लिए पर्याप्त मजबूत है। इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने उपचार के बाद पानी का विश्लेषण किया और पाया कि खतरनाक बिस्फेनॉल ए को विभिन्न मध्यवर्ती यौगिकों में बदल दिया गया था, जिन्हें बाद में और अधिक तोड़ा गया, जो पूर्ण खनिजीकरण (mineralization) की ओर एक मार्ग का सुझाव देता है।
दिलचस्प बात यह है कि अध्ययन में यह भी जांचा गया कि क्या प्राकृतिक सूर्य का प्रकाश कृत्रिम पराबैंगनी लैंप की जगह ले सकता है। उन्होंने पाया कि सिस्टम ने प्रयोगशाला लैंप या प्राकृतिक सूर्य के प्रकाश के तहत लगभग समान प्रदर्शन किया, जिससे पता चलता है कि इस तकनीक को उन बाहरी स्थानों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है जहाँ सूर्य का प्रकाश उपलब्ध है। शोध निष्कर्ष निकालता है कि यह चुंबकीय, सिल्वर-एन्हांस्ड उत्प्रेरक, बिस्फेनॉल ए से दूषित पानी को साफ करने का एक अत्यधिक कुशल और टिकाऊ तरीका प्रदान करता है। यह निरंतर प्रदूषकों के खिलाफ लड़ाई में एक कदम है, जो इन हानिकारक रसायनों को केवल छानने के बजाय उन्हें नष्ट करने का एक तरीका प्रदान करता है, जिसमें सामग्री को आसानी से पुनः प्राप्त करने और पुन: उपयोग करने का अतिरिक्त लाभ भी शामिल है।
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