Synergistic Sonocatalytic Degradation of Sulfasalazine Using Green-Synthesized Nanoscale Zero-Valent Iron: Optimization, Kinetics, and Toxicity Assessment
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि ओक के पत्तों के अर्क से प्राप्त हरित-संश्लेषित नैनोस्केल ज़ीरो-वैलेंट आयरन (nZVI), जब अल्ट्रासाउंड और हाइड्रोजन पेरोक्साइड के साथ एक सोनो-फेंटन प्रणाली में संयोजित किया जाता है, तो उच्च दक्षता, तीव्र गतिकी, पर्याप्त खनिजकरण और काफी कम विषाक्तता के साथ सल्फासालजीन और फार्मास्युटिकल अपशिष्ट जल को प्रभावी ढंग से विघटित करता है।
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हमारे नल और नदियों से बहने वाला पानी तेजी से एक छिपे हुए बोझ को ढो रहा है: उन दवाओं के अंश जिन्हें लोगों ने लिया और फिर बहा दिया। ऐसी ही एक दवा सल्फसालाज़िन (sulfasalazine) है, जो गठिया और आंत्र रोग जैसी गंभीर सूजन संबंधी स्थितियों के इलाज के लिए उपयोग की जाती है। हालांकि यह मरीजों की मदद करती है, लेकिन यह दवा जिद्दी है। यह प्रकृति में आसानी से टूटती नहीं है, और मानक जल उपचार संयंत्र अक्सर इसे हटाने में विफल रहते हैं। जब यह रसायन पर्यावरण में बना रहता है, तो यह जलीय जीवन को नुकसान पहुंचा सकता है और उन बैक्टीरिया के बढ़ने में योगदान दे सकता है जो एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोधी होते हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से इन निरंतर बने रहने वाले प्रदूषकों को नए कचरे का निर्माण किए बिना नष्ट करने का तरीका खोज रहे हैं, और इसके बजाय उन तरीकों की ओर मुड़ रहे हैं जो अणुओं को तोड़ने के लिए शक्तिशाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करते हैं।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस समस्या से निपटने के लिए तीन अलग-अलग तत्वों को मिलाने की एक विधि विकसित की है: लोहे से बना एक उत्प्रेरक (catalyst), हाइड्रोजन पेरोक्साइड और ध्वनि तरंगें। यह उत्प्रेरक लोहे का एक विशेष प्रकार का कण है, जो इतना छोटा है कि हजारों कण एक पिन के सिर पर समा सकते हैं। इस दृष्टिकोण को जो अनूठा बनाता है वह है कि लोहे को कैसे बनाया गया। कठोर औद्योगिक रसायनों का उपयोग करने के बजाय, शोधकर्ताओं ने ओक (oak) की पत्तियों के एक साधारण अर्क का उपयोग किया। इन पत्तियों में प्राकृतिक यौगिक होते हैं जो एक कोमल हाथ की तरह कार्य करते हैं, जो लोहे के परमाणुओं को छोटी, प्रतिक्रियाशील गोलियों में आपस में जुड़ने के लिए निर्देशित करते हैं। यह "हरित" संश्लेषण जहरीले उपोत्पादों से बचता है और लोहे के कणों को पादप पदार्थ की एक सुरक्षात्मक परत से ढकता है, जो उन्हें स्थिर और सक्रिय रखने में मदद करता है।
इस प्रणाली का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने सल्फसालाज़िन से दूषित पानी के एक नमूने को एक कांच के रिएक्टर में रखा। उन्होंने इसमें ओक-पत्ती वाले लोहे के कण और हाइड्रोजन पेरोक्साइड की एक खुराक मिलाई, जो एक सामान्य ऑक्सीकारक है। फिर, उन्होंने अल्ट्रासाउंड पेश किया, जो उच्च-आवृत्ति वाली ध्वनि तरंगें हैं जो तरल में लाखों छोटे, फूटते हुए बुलबुले बनाती हैं। जैसे ही ये बुलबुले फूटते हैं, वे तीव्र, स्थानीयकृत गर्मी और दबाव उत्पन्न करते हैं। यह भौतिक बल हाइड्रोजन पेरोक्साइड को अत्यधिक प्रतिक्रियाशील टुकड़ों में तोड़ने में मदद करता है जो दवा के अणुओं पर हमला करते हैं। लोहे के कण एक चिंगारी के रूप में कार्य करते हैं, जिससे इन प्रतिक्रियाशील टुकड़ों का निर्माण तेज हो जाता है, जबकि ध्वनि तरंगें यह सुनिश्चित करती हैं कि लोहा बिखरा रहे और बेकार तरीके से आपस में न चिपके।
परिणाम चौंकाने वाले थे। सर्वोत्तम परिस्थितियों में, इस प्रणाली ने केवल नब्बे मिनट में पानी से लगभग 96 प्रतिशत सल्फसालाज़िन को हटा दिया। यह प्रक्रिया इतनी कुशल थी कि दवा के अणु न केवल टूट गए बल्कि काफी हद तक हानिरहित कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में परिवर्तित हो गए, जिसे खनिजीकरण (mineralization) कहा जाता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि तीनों घटक मिलकर सबसे अच्छा काम करते थे; केवल ध्वनि, केवल लोहा, या केवल पेरोक्साइड का उपयोग करने से बहुत कम परिणाम प्राप्त हुआ। यह तीनों का संयोजन था जिसने एक शक्तिशाली तालमेल (synergy) बनाया, जहाँ संपूर्ण अपने हिस्सों के योग से कहीं अधिक बड़ा बन गया।
टीम ने वास्तविक अपशिष्ट जल पर भी इस विधि का परीक्षण किया, जो एक फार्मास्युटिकल फैक्ट्री से निकला था, जिसमें लवणों और अन्य रसायनों का एक जटिल मिश्रण था जो अक्सर सफाई प्रक्रियाओं में हस्तक्षेप करते हैं। इस कठिन वातावरण में भी, प्रणाली ने दवा को लगभग 78 प्रतिशत हटा दिया और पानी की विषाक्तता को काफी कम कर दिया। उपचार से पहले, पानी इतना जहरीला था कि इसने सामान्य बैक्टीरिया की वृद्धि को लगभग 90 प्रतिशत तक रोक दिया था। उपचार के बाद, यह अवरोध घटकर केवल 10 से 20 प्रतिशत रह गया, जो यह दर्शाता है कि खतरनाक रसायन को किसी बहुत सुरक्षित चीज़ में बदल दिया गया था।
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि एक सामान्य पेड़ की पत्ती से बना उत्प्रेरक, जब ध्वनि और एक सरल ऑक्सीकारक के साथ जोड़ा जाता है, तो जिद्दी फार्मास्युटिकल प्रदूषकों से पानी को प्रभावी ढंग से साफ कर सकता है। यह विधि अपशिष्ट जल के उपचार के लिए एक ऐसा मार्ग प्रदान करती है जो प्रभावी और पर्यावरण के अनुकूल दोनों है, जो आधुनिक औद्योगिक समस्या को हल करने के लिए प्राकृतिक सामग्रियों पर निर्भर करती है। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि लोहे के कण प्रक्रिया के दौरान स्थिर रहे और यह प्रणाली वास्तविक दुनिया के अपशिष्ट जल की जटिल रसायन विज्ञान को संभालने में सक्षम थी, जो यह सुझाव देता है कि यह दवा संदूषण के बढ़ते खतरे से जल आपूर्ति की रक्षा करने के लिए एक व्यावहारिक उपकरण हो सकता है।
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