Removal of Brilliant Green from Wastewater by Heat Activated Persulfate Oxidation : Modeling and Optimization
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि ऊष्मा-सक्रियित पर्सल्फेट ऑक्सीकरण अपशिष्ट जल में ब्रिलियंट ग्रीन डाई को पूरी तरह से विघटित करने के लिए एक प्रभावी विधि है, जिसमें प्लैकेट-बर्मन डिज़ाइन और रिस्पॉन्स सरफेस मेथोडोलॉजी ने 100% क्षरण दक्षता प्राप्त करने के लिए 25°C, 3.7165 mM पर्सल्फेट और 50 mg/L डाई सांद्रता की इष्टतम स्थितियों की पहचान की है।
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पानी एक ऐसा संसाधन है जो निरंतर दबाव में है, न केवल कमी के कारण, बल्कि उन अदृश्य रासायनिक बोझों के कारण भी जिन्हें हम इसमें बहा देते हैं। इन बोझों में सबसे जिद्दी सिंथेटिक रंग (synthetic dyes) हैं, जो वस्त्रों, चमड़े और खाद्य प्रसंस्करण में उपयोग किए जाने वाले जीवंत वर्णक हैं जो स्वाभाविक रूप से टूटने से इनकार करते हैं। जब ये रंगीन यौगिक नदियों और झीलों में प्रवेश करते हैं, तो वे सूर्य के प्रकाश को रोक देते हैं और उनमें विषाक्त गुण होते हैं जो जीवित जीवों को नुकसान पहुँचा सकते हैं। ऐसा ही एक रंग, जिसे 'ब्रिलियंट ग्रीन' के रूप में जाना जाता है, एक धनायनिक (cationic) यौगिक है जिसका व्यापक रूप से पशु चिकित्सा और औद्योगिक प्रक्रियाओं में उपयोग किया जाता है, फिर भी यह मानव स्वास्थ्य के लिए एक पुष्ट जोखिम पैदा करता है, जिसमें संभावित कार्सिनोजेनिक (कैंसरकारी) प्रभाव शामिल हैं। इन रंगों को हटाना एक कठिन इंजीनियरिंग चुनौती है क्योंकि उन्हें स्थिर और लंबे समय तक टिकने के लिए बनाया गया है। पारंपरिक तरीके अक्सर प्रदूषण को केवल पानी से ठोस कचरे में स्थानांतरित कर देते हैं, जिससे समस्या अनसुलझी रह जाती है। पानी को वास्तव में साफ करने के लिए, वैज्ञानिक उन्नत ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं (advanced oxidation processes) की ओर देखते हैं, जिनका लक्ष्य प्रदूषक अणुओं को केवल स्थानांतरित करने के बजाय उन्हें पूरी तरह से नष्ट करना है। एक आशाजनक दृष्टिकोण पर्सल्फेट (persulfate) का उपयोग करना है, जो एक रासायनिक नमक है जिसे सक्रिय करने पर शक्तिशाली रेडिकल्स (radicals) मुक्त होते हैं जो जटिल कार्बनिक संरचनाओं को छिन्न-भिन्न करने में सक्षम होते हैं। हालांकि, इन रेडिकल्स को कुशलतापूर्वक काम करने के लिए सटीक संतुलन खोजने की आवश्यकता होती है, जो तापमान, रासायनिक सांद्रता और प्रतिक्रिया समय के एक जटिल परिदृश्य में नेविगेट करने वाला कार्य है।
हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने ब्रिलियंट ग्रीन के विशिष्ट मामले के लिए इस परिदृश्य को मैप करने का प्रयास किया। प्रयोगशाला सेटिंग में काम करते हुए, उन्होंने यह परीक्षण करने के लिए एक व्यवस्थित दृष्टिकोण अपनाया कि विभिन्न कारक डाई के विनाश की गति और पूर्णता को कैसे प्रभावित करते हैं। टीम ने 'हीट-एक्टिवेटेड पर्सल्फेट ऑक्सीडेशन' नामक तकनीक का उपयोग किया, जहाँ एक रासायनिक नमक को सक्रिय प्रजातियों को मुक्त करने के लिए गर्म किया जाता है जो डाई अणुओं पर हमला करती हैं। उन्होंने चार प्रमुख चरों (variables) का एक साथ परीक्षण करके एक विस्तृत दायरा तैयार किया: डाई की सांद्रता, जोड़े गए पर्सल्फेट की मात्रा, पानी का तापमान और मिश्रण को हिलाने की गति। इस जटिलता को प्रबंधित करने के लिए, उन्होंने 'प्लैकेट-बर्मन डिजाइन' (Plackett-Burman design) नामक एक सांख्यिकीय स्क्रीनिंग टूल का उपयोग किया, जिसने उन्हें यह जल्दी पहचानने के लिए बारह प्रयोग चलाने की अनुमति दी कि कौन से कारक वास्तव में महत्वपूर्ण थे। परिणाम स्पष्ट और निर्णायक थे। जबकि हिलाने की गति का परिणाम पर कोई मापने योग्य प्रभाव नहीं पड़ा, तीन कारक इस प्रक्रिया के महत्वपूर्ण चालक के रूप में उभरे: तापमान, पर्सल्फेट की मात्रा और ब्रिलियंट ग्रीन डाई की प्रारंभिक सांद्रता।
महत्वपूर्ण चरों की पहचान के साथ, शोधकर्ता अधिकतम दक्षता खोजने के लिए जांच के दूसरे चरण की ओर बढ़े। उन्होंने 'बॉक्स-बेहनन डिजाइन' (Box-Behnken design) नामक एक अधिक विस्तृत सांख्यिकीय पद्धति का उपयोग किया, जिसने उन्हें तीन प्रमुख कारकों के बीच की अंतःक्रियाओं (interactions) को तलाशने और इष्टतम सेटिंग्स को सटीक रूप से निर्धारित करने की अनुमति दी। इस चरण में, उन्होंने प्रतिक्रिया को एक ऐसी प्रणाली के रूप में माना जहाँ एक चर को बदलने से दूसरे का प्रभाव सूक्ष्म रूप से बदल सकता है। उन्होंने पाया कि उच्च तापमान और पर्सल्फेट नमक की उच्च सांद्रता आम तौर पर बेहतर परिणाम देती है, क्योंकि ये स्थितियाँ उन सक्रिय रेडिकल्स को उत्पन्न करती हैं जो डाई को तोड़ने के लिए आवश्यक हैं। इसके विपरीत, उन्होंने पाया कि डाई की सांद्रता बढ़ाने से काम कठिन हो जाता है, संभवतः इसलिए क्योंकि सक्रिय प्रजातियों की निश्चित मात्रा को बड़ी संख्या में प्रदूषक अणुओं के विरुद्ध काम करना पड़ता है। इन संबंधों का वर्णन करने के लिए उनके द्वारा बनाए गए गणितीय मॉडल अत्यधिक सटीक थे, जहाँ अनुमानित परिणाम उच्च स्तर की निश्चितता के साथ वास्तविक प्रयोगात्मक परिणामों से मेल खाते थे।
इस कार्य का अंतिम लक्ष्य उन स्थितियों का विशिष्ट संयोजन खोजना था जो पानी को पूरी तरह से साफ करने की अनुमति दे सके। अध्ययन ने खुलासा किया कि एक विशिष्ट परिस्थितियों के तहत सिस्टम एक आदर्श परिणाम प्राप्त कर सकता है। जब पानी को 25 डिग्री सेल्सियस के मध्यम तापमान पर रखा गया, पर्सल्फेट की सांद्रता 3.7165 मिलीमोलर रखी गई, और प्रारंभिक डाई सांद्रता 50 मिलीग्राम प्रति लीटर थी, तो ऑक्सीकरण प्रक्रिया ने 100 प्रतिशत क्षरण दक्षता (degradation efficiency) प्राप्त की। इसका अर्थ यह है कि इन सटीक परिस्थितियों में, ब्रिलियंट ग्रीन डाई को पानी से पूरी तरह से समाप्त कर दिया गया था। शोधकर्ताओं ने अपने मॉडल के भविष्यवाणियों के साथ पूरी तरह से मेल खाने वाले पुष्टिकरण प्रयोगों के माध्यम से इस निष्कर्ष की पुष्टि की। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि पर्सल्फेट को गर्म करना इस प्रकार की डाई से दूषित अपशिष्ट जल के उपचार के लिए एक अत्यधिक प्रभावी और आशाजनक विधि है, जो नया कचरा बनाए बिना या जटिल उत्प्रेरकों (catalysts) की आवश्यकता के बिना प्रदूषक को नष्ट करने का एक तरीका प्रदान करती है। यह कार्य सुझाव देता है कि तापमान और रासायनिक खुराक के सही नियंत्रण के साथ, यह ऑक्सीकरण प्रक्रिया औद्योगिक अपवाह (industrial effluents) को साफ करने के लिए एक विश्वसनीय उपकरण बन सकती है, जो एक विषाक्त घोल को स्वच्छ जल में बदल देती है।
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