Magnetically Recoverable Fe 2 O 3 /ZSM-5 Composite for Fenton-Like Oxidation of Organic Dyes in Water
यह अध्ययन अत्यधिक इमर्शन (excessive impregnation) के माध्यम से संश्लेषित एक चुंबकीय रूप से पुनः प्राप्त करने योग्य Fe₂O₃/ZSM-5 कंपोजिट उत्प्रेरक प्रस्तुत करता है जो हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स द्वारा संचालित एक हेट्रोजेनियस फेंटन-समान तंत्र के माध्यम से रोडामाइन बी के 95% क्षरण को प्राप्त करता है, जो कुशल उत्प्रेरक रिकवरी और न्यूनतम माध्यमिक प्रदूषण के साथ डाई अपशिष्ट जल उपचार के लिए एक स्थायी समाधान प्रदान करता है।
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हर दिन, उद्योग हमारी नदियों में चमकीले, जहरीले रंगों से रंगे पानी की विशाल मात्रा बहा देते हैं। इनमें, रोडामाइन बी (Rhodine B) नामक एक सामान्य रंग विशेष खतरा पैदा करता है क्योंकि इसे तोड़ना कठिन है और यह जीवित चीजों को नुकसान पहुँचा सकता है। इस पानी को साफ करने के पारंपरिक तरीके अक्सर विफल हो जाते हैं, या तो रंग को पूरी तरह से हटाने में विफल रहते हैं, या बहुत अधिक लागत वसूलते हैं, या इस प्रक्रिया में एक नए प्रकार का कचरा पैदा करते हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से फेंटन अभिक्रिया (Fenton reaction) नामक एक रासायनिक प्रक्रिया पर नज़र रखते रहे हैं, जो लोहे और हाइड्रोजन पेरोक्साइड का उपयोग करके शक्तिशाली, अदृश्य एजेंट बनाती है जो कार्बनिक प्रदूषकों को हानिरहित पानी और कार्बन डाइऑक्साइड में नष्ट कर सकते हैं। हालाँकि, इस प्रक्रिया के क्लासिक संस्करण में एक बड़ी खामी है: इसके लिए पानी का बहुत अम्लीय होना आवश्यक है, और यह पीछे एक गंदा, कीचड़ जैसा कचरा छोड़ देता है जिसे निपटाना कठिन होता है। इस समस्या को हल करने के लिए, शोधकर्ता ठोस उत्प्रेरक (solid catalysts) बनाने की कोशिश कर रहे हैं—ऐसे सूक्ष्म कण जो पानी में घुल बिना ही प्रतिक्रिया को तेज कर सकें—हालांकि एक ऐसा उत्प्रेरक खोजना जो प्रभावी भी हो और उपचारित तरल से आसानी से निकाला भी जा सके, एक चुनौती बना हुआ है।
हाल ही में एक अध्ययन में, चीन के कई संस्थानों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन बाधाओं को दूर करने के लिए डिज़ाइन की गई एक नई सामग्री विकसित की। उन्होंने ज़ेएसएम-5 (ZSM-5) नामक एक छिद्रपूर्ण, स्पंज जैसी खनिज संरचना से आयरन ऑक्साइड के सूक्ष्म कणों को जोड़कर एक मिश्रित सामग्री बनाई। यह खनिज एक मजबूत वाहक के रूप में कार्य करता है, जो लोहे को उसकी जगह पर बनाए रखता है और एक विशाल सतह क्षेत्र प्रदान करता है जहाँ सफाई की प्रतिक्रिया हो सकती है। शोधकर्ताओं ने लोहे के स्रोत को खनिज के साथ मिलाया, मिश्रण को सुखाया, और फिर दोनों घटकों को आपस में जोड़ने के लिए उन्हें विशिष्ट तापमान पर गर्म किया। विभिन्न तापन तापमानों का परीक्षण करते हुए, उन्होंने पाया कि 800 डिग्री सेल्सियस पर सामग्री को पकाने से सबसे प्रभावी उत्प्रेरक प्राप्त हुआ। इस तापमान पर, लोहे के कण खनिज की सतह पर समान रूप से फैल जाते हैं, जिससे प्रतिक्रिया होने के लिए आदर्श स्थितियाँ बन जाती हैं।
जब उन्होंने इस नई सामग्री का परीक्षण रोडामाइन बी डाई युक्त पानी में किया, तो परिणाम आश्चर्यजनक थे। सही परिस्थितियों में—उत्प्रेरक की एक विशिष्ट मात्रा का उपयोग करते हुए, हाइड्रोजन पेरोक्साइड की सही मात्रा जोड़ते हुए, और पानी को 60 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करते हुए—इस सामग्री ने मात्र दो घंटों में डाई का 95 प्रतिशत हिस्सा हटा दिया। यह प्रक्रिया सतह पर मौजूद लोहे का उपयोग करके हाइड्रोजन पेरोक्साइड को सक्रिय करती है, जिससे अत्यधिक प्रतिक्रियाशील रेडिकल्स उत्पन्न होते हैं जो डाई के अणुओं पर हमला करते हैं और उन्हें तोड़ देते हैं। महत्वपूर्ण बात यह है कि क्योंकि लोहा ठोस खनिज पर मजबूती से बंधा हुआ है, इसलिए यह पानी में नहीं घुलता है। इसका अर्थ है कि उपचारित पानी साफ रहता है और उसमें वह लोहे का कीचड़ नहीं बचता जो पुरानी विधियों में एक समस्या थी। इसके अलावा, क्योंकि इस सामग्री में आयरन ऑक्साइड है, इसलिए यह चुंबकीय है। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि वे केवल एक चुंबक का उपयोग करके उत्प्रेरक को पानी से बाहर निकाल सकते हैं, उसे धो सकते हैं और पुन: उपयोग कर सकते हैं। सात बार पुन: उपयोग किए जाने के बाद भी, सामग्री ने अपनी अधिकांश सफाई शक्ति बनाए रखी, और इसकी प्रारंभिक दक्षता में केवल लगभग एक चौथाई की कमी आई।
यह समझने के लिए कि सफाई वास्तव में कैसे हुई, टीम ने आणविक स्तर पर क्या हो रहा है, यह देखने के लिए परीक्षण किए। उन्होंने एक ऐसे रसायन को मिलाया जो मुक्त रेडिकल्स के लिए स्पंज की तरह कार्य करता है, जो प्रभावी रूप से उन्हें बेअसर कर देता है। जब उन्होंने ऐसा किया, तो सफाई की प्रक्रिया काफी धीमी हो गई, जिससे पुष्टि हुई कि लोहे द्वारा उत्पन्न शक्तिशाली रेडिकल्स ही वास्तव में डाई को तोड़ने वाली मुख्य शक्ति थे। अध्ययन ने यह भी दिखाया कि खनिज की छिद्रपूर्ण संरचना ने डाई के अणुओं को लोहे के करीब पकड़ने में मदद की, जिससे प्रतिक्रिया होना आसान हो गया। हालांकि शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि यदि पानी बहुत ठंडा हो या यदि बहुत अधिक उत्प्रेरक डाला जाए तो दक्षता थोड़ी कम हो जाती है, फिर भी समग्र प्रदर्शन मजबूत बना रहा। यह कार्य बताता है कि एक चुंबकीय, आसानी से पुनः प्राप्त होने वाली सामग्री को एक छिद्रपूर्ण आधार के साथ जोड़कर, औद्योगिक अपशिष्ट जल को साफ करने का एक टिकाऊ तरीका बनाया जा सकता है, जो एक कठिन पर्यावरणीय समस्या को एक प्रबंधनीय प्रक्रिया में बदल देता है जो नया कचरा पैदा करने से बचती है।
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