Rosin-based gemini surfactant-controlled synthesis of NiO for dye adsorption
यह अध्ययन एक रोजिन-आधारित जेमिनी सर्फेक्टेंट का उपयोग करके एक पदानुक्रमित रूप से छिद्रपूर्ण (hierarchically porous) NiO अधिशोषक के सफल संश्लेषण की रिपोर्ट करता है, जो विशिष्ट सतह क्षेत्र को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है और अपशिष्ट जल उपचार में धनायनिक और ऋणायनिक रंगों के लिए उच्च, चयनात्मक और पुन: प्रयोज्य अधिशोषण क्षमता प्राप्त करता है।
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जल उपचार कपड़ा कारखानों द्वारा उत्पादित रंगीन, जहरीले कचरे के विरुद्ध एक निरंतर संघर्ष है। जब कपड़ों को रंगा जाता है, तो भारी मात्रा में पानी रासायनिक रंगों से संतृप्त हो जाता है जिन्हें तोड़ना कठिन और पर्यावरण के लिए हानिकारक होता है। ये रंग न केवल दिखने में खराब लगते हैं; वे जलीय पौधों तक सूरज की रोशनी पहुँचने से रोकते हैं और खतरनाक गुणों को ले जा सकते हैं जो पारिस्थितिकी तंत्र और मानव स्वास्थ्य के लिए खतरा पैदा करते हैं। इस पानी को साफ करने के लिए, वैज्ञानिक अक्सर अधिशोषण (adsorption) की ओर रुख करते हैं, जो एक ऐसी प्रक्रिया है जहाँ एक ठोस पदार्थ स्पंज की तरह कार्य करता है, जो डाई अणुओं को तरल से खींचकर अपनी सतह पर थाम लेता है। इस विधि की प्रभावशीलता पूरी तरह से उपयोग की जाने वाली सामग्री पर निर्भर करती है। यदि सामग्री बहुत चिकनी है या इसके छिद्र बहुत छोटे हैं, तो डाई अणु अंदर के सक्रिय स्थानों तक नहीं पहुँच पाते, और सफाई विफल हो जाती है। चुनौती एक ऐसी सामग्री बनाने की है जो न केवल इन रंगों को पकड़ने के लिए रासायनिक रूप से सक्षम हो, बल्कि भौतिक रूप से भी ऐसी संरचना वाली हो कि वे आसानी से अंदर जा सकें और पुन: उपयोग के लिए उन्हें फिर से छोड़ा जा सके।
चीन के जियांगनान विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने निकल ऑक्साइड का उपयोग करके ऐसी सामग्री बनाने का एक नया तरीका विकसित किया है। जबकि निकल ऑक्साइड पानी को साफ करने के लिए उपयोगी माना जाता है, इसके मानक संस्करण अक्सर बड़े, ठोस ब्लॉकों में आपस में जुड़ जाते हैं जिनमें आंतरिक स्थान कम होते हैं, जिससे वे रंगों को सोखने में अक्षम हो जाते हैं। इसे ठीक करने के लिए, टीम ने एक विशेष संस्करण वाला निकल ऑक्साइड बनाया जिसमें सूक्ष्म छिद्रों और चैनलों से युक्त एक जटिल, बहु-स्तरीय संरचना है। उन्होंने इसे एक अद्वितीय सहायक अणु, जिसे 'रोसिन-आधारित जेमिनी सर्फेक्टेंट' कहा जाता है, का उपयोग करके प्राप्त किया। पाइन के पेड़ के राल (resin) से प्राप्त यह अणु निर्माण प्रक्रिया के दौरान एक मचान (scaffold) के रूप में कार्य करता है। यह निकल ऑक्साइड के क्रिस्टल के विकास को निर्देशित करता है, जिससे वे एक ठोस पिंड के बजाय एक छिद्रपूर्ण, स्पंज जैसी आकृति में व्यवस्थित होने के लिए मजबूर होते हैं। इसका परिणाम एक ऐसी सामग्री है जिसमें एक विशाल आंतरिक सतह क्षेत्र है, जो डाई अणुओं के जुड़ने के लिए लाखों सूक्ष्म डॉकिंग स्पॉट प्रदान करता है।
टीम ने इस नई सामग्री का परीक्षण दो सामान्य औद्योगिक रंगों के संपर्क में रखकर किया: मिथाइल ऑरेंज, जिस पर नकारात्मक विद्युत आवेश (negative charge) होता है, और मेथिलीन ब्लू, जिस पर सकारात्मक आवेश (positive charge) होता है। उन्होंने पाया कि यह सामग्री असाधारण रूप से अच्छी तरह से काम करती है, लेकिन इसने धनावेशित डाई के प्रति स्पष्ट प्राथमिकता दिखाई। एक नियंत्रित प्रयोग में, सामग्री ने पानी से मेथिलीन ब्लू का 93 प्रतिशत से अधिक हिस्सा निकाल दिया। इसने नकारात्मक आवेश वाले मिथाइल ऑरेंज को भी महत्वपूर्ण मात्रा में पकड़ा, हालांकि यह कम प्रभावी था। शोधकर्ताओं ने देखा कि सामग्री ने रंगों को तेजी से पकड़ा, और एक घंटे के भीतर अपनी अधिकतम क्षमता तक पहुँच गई। यह प्रक्रिया भौतिक बलों और रासायनिक अंतःक्रियाओं के संयोजन द्वारा संचालित थी जिसने डाई अणुओं को निकल ऑक्साइड की सतह पर लॉक कर दिया।
यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह समाधान वास्तविक दुनिया के उपयोग के लिए व्यावहारिक है, शोधकर्ताओं ने जाँच की कि क्या इस सामग्री का बार-बार उपयोग किया जा सकता है। जब सामग्री डाई से संतृप्त हो गई, तो उन्होंने फंसे हुए अणुओं को मुक्त करने के लिए इसे पानी और अल्कोहल के मिश्रण से धोया। उन्होंने इस चक्र को छह बार दोहराया। इन छह दौरों के उपयोग और सफाई के बाद भी, सामग्री ने मेथिलीन ब्लू का 93 प्रतिशत से अधिक और मिथाइल ऑरेंज का 61 प्रतिशत से अधिक हिस्सा निकाला। महत्वपूर्ण रूप से, इस प्रक्रिया के दौरान सामग्री की आंतरिक संरचना बरकरार रही, जिसमें टूटने या आकार खोने के कोई संकेत नहीं मिले। यह स्थायित्व बताता है कि यह सामग्री औद्योगिक अपशिष्ट जल को साफ करने के लिए एक विश्वसनीय, दीर्घकालिक उपकरण हो सकती है। धातु ऑक्साइड के निर्माण को निर्देशित करने के लिए एक प्राकृतिक, वनस्पति-आधारित अणु का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने एक उच्च-प्रदर्शन वाला फिल्टर बनाया है जो प्रभावी और पुन: प्रयोज्य दोनों है, जो रंगाई उद्योग के जटिल अपशिष्ट प्रवाह के उपचार के लिए एक आशाजनक मार्ग प्रदान करता है।
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