Sustainable Valorization of Ceramic Waste for the Fabrication of Ceramic Membranes for As(V) Removal
यह अध्ययन औद्योगिक अपशिष्ट धूल और कीचड़ से एक उच्च-प्रदर्शन वाले सिरेमिक झिल्ली के सतत निर्माण को प्रदर्शित करता है, जो पॉलियामाइड 6 और Fe₂O₃ के साथ सतह कार्यात्मकता के बाद, उच्च प्रवाह और एंटीफाउलिंग गुणों को बनाए रखते हुए दूषित जल से 84% As(V) को प्रभावी ढंग से हटा देता है।
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जल उपचार अक्सर झिल्ली (मेम्ब्रेन) नामक पतली, छिद्रपूर्ण बाधाओं पर निर्भर करता है, जो स्वच्छ जल से हानिकारक पदार्थों को अलग करने के लिए अत्यंत सूक्ष्म छलनियों की तरह कार्य करती हैं। ये बाधाएं आमतौर पर उन टिकाऊ सामग्रियों से बनी होती हैं जो कठोर रसायनों और उच्च तापमान को सहन कर सकें, लेकिन उन्हें बनाने के लिए आमतौर पर महंगी, उच्च-शुद्धता वाली कच्ची सामग्रियों और महत्वपूर्ण ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यह उच्च लागत उनके व्यापक उपयोग को सीमित करती है, विशेष रूप से उन क्षेत्रों में जहाँ संसाधन कम हैं। साथ ही, वैश्विक सिरेमिक उद्योग भारी मात्रा में अपशिष्ट उत्पन्न करता है, जिसमें भट्टियों (किलन्स) से निकलने वाली महीन धूल और प्रसंस्करण से निकलने वाला गीला कीचड़ शामिल है, जो अक्सर लैंडफिल में चला जाता है। चुनौती इस बात में है कि इस फेंकी गई सामग्री को गुणवत्ता से समझौता किए बिना किसी उपयोगी चीज़ में बदलने का तरीका कैसे खोजा जाए, जो स्वच्छ जल के लिए आवश्यक है। शोधकर्ता तेजी से इस ओर देख रहे हैं कि क्या इन औद्योगिक उपोत्पादों का उपयोग पारंपरिक सामग्रियों के स्थान पर फिल्ट्रेशन मेम्ब्रेन बनाने में किया जा सकता है, जो अपशिष्ट प्रबंधन और जल शोधन दोनों समस्याओं को एक साथ हल करने का एक समाधान प्रदान करता है।
मिस्र में इंजीनियरों की एक टीम ने केवल अपशिष्ट सामग्रियों का उपयोग करके एक कार्यात्मक सिरेमिक मेम्ब्रेन बनाकर इस लक्ष्य की ओर एक महत्वपूर्ण कदम उठाया है। परिष्कृत पाउडर पर निर्भर रहने के बजाय, उन्होंने एक स्थानीय कारखाने से सिरेमिक धूल और दीवार का कीचड़ (वॉल स्लज) एकत्र किया और उन्हें एक नए फिल्टर का आधार बनाने के लिए आपस में मिलाया। उन्होंने इस मिश्रण को बेलनाकार आकार दिया और इसे लगभग डेढ़ घंटे के लिए 1100 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक भट्टी में पकाया। परिणाम एक मजबूत, छिद्रपूर्ण डिस्क थी जिसकी फ्लेक्सरल स्ट्रेंथ (लचीलापन शक्ति) 19.15 MPa थी, जो भौतिक तनाव को सहने में सक्षम थी, और इसकी पारगम्यता (परमीएबिलिटी) ऐसी थी कि पानी 103.75 लीटर प्रति वर्ग मीटर प्रति घंटा की दर से प्रवाहित हो सका। हालांकि यह आधार मेम्ब्रेन सफल थी, लेकिन यह एक विशिष्ट, खतरनाक प्रदूषक को हटाने में अभी भी पर्याप्त प्रभावी नहीं थी: आर्सेनिक (arsenic), जो इसके पांचवें ऑक्सीकरण अवस्था में पाया जाता है, जो भूजल में पाई जाने जाने वाली एक सामान्य और विषाक्त अवस्था है।
आर्सेनिक के विरुद्ध फिल्टर को प्रभावी बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने अपशिष्ट-व्युत्पन्न मेम्ब्रेन की सतह पर एक विशेष कोटिंग लगाई। उन्होंने पॉलियामाइड 6, जो एक प्रकार का सिंथेटिक पॉलीमर है, और फेरिक ऑक्साइड, जो लोहे और ऑक्सीजन का एक यौगिक है और आर्सेनिक को आकर्षित करने और उसे थामे रखने की क्षमता के लिए जाना जाता है, का एक घोल तैयार किया। उन्होंने सिरेमिक सिलेंडरों को इस मिश्रण में डुबोया, जिससे आयरन ऑक्साइड के कण सूक्ष्म छिद्रों में बैठ गए और सतह को कोट कर दिया। इस प्रक्रिया ने मेम्ब्रेन की भौतिक संरचना को बदल दिया, जिससे इसकी समग्र सरंध्रता (पोरोसिटी) 39.7 प्रतिशत से घटकर 35.5 प्रतिशत हो गई और औसत छिद्रों का आकार थोड़ा छोटा हो गया। यह संकुचन महत्वपूर्ण था; इसका अर्थ था कि मेम्ब्रेन अब छोटे कणों को अधिक प्रभावी ढंग से पकड़ सकती थी। विश्लेषण ने पुष्टि की कि आयरन ऑक्साइड और पॉलीमर सफलतापूर्वक सतह में एकीकृत हो गए थे, जिससे एक ऐसी परत बन गई जो गुजरने वाले पानी के साथ रासायनिक रूप से क्रिया कर सके।
जब टीम ने आर्सेनिक युक्त पानी के साथ संशोधित मेम्ब्रेन का परीक्षण किया, तो परिणाम चौंकाने वाले थे। बिना कोटिंग वाली मेम्ब्रेन ने प्रदूषक के केवल एक बहुत छोटे हिस्से को हटाया, लेकिन आयरन-कोटिंग वाले संस्करण ने 84 प्रतिशत आर्सेनिक को अस्वीकार कर दिया जब पानी में तत्व की सांद्रता एक भाग प्रति मिलियन (ppm) थी। जैसे-जैसे पानी में आर्सेनिक की सांद्रता बढ़ी, अस्वीकृति दर उच्च बनी रही, हालांकि दस भाग प्रति मिलियन पर यह घटकर 61.3 प्रतिशत हो गई। मेम्ब्रेन ने पानी का एक मजबूत प्रवाह भी बनाए रखा, जो कम सांद्रता पर 394.25 लीटर प्रति वर्ग मीटर प्रति घंटा था। महत्वपूर्ण रूप से, मेम्ब्रेन 'फाउलिंग' (fouling) के प्रति लचीली साबित हुई, जो एक आम समस्या है जहाँ मलबा फिल्टर को अवरुद्ध कर देता है और प्रवाह को धीमा कर देता है। दूषित पानी के साथ कई घंटों तक चलने के बाद, प्रवाह दर में गिरावट आई, लेकिन साफ पानी से एक साधारण रिंस (धुलाई) ने मूल प्रवाह के 90 प्रतिशत को बहाल कर दिया। यह इंगित करता है कि रुकावट मुख्य रूप से अस्थायी और प्रतिवर्ती थी, न कि फिल्टर को होने वाला स्थायी नुकसान।
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि पूरी तरह से औद्योगिक सिरेमिक कचरे से एक उच्च प्रदर्शन वाला जल फिल्टर बनाना तकनीकी रूप से संभव है। शोधकर्ताओं ने पाया कि विशिष्ट स्लज और धूल का मिश्रण, जब सिंटरिंग के बाद आयरन ऑक्साइड और पॉलीमर के साथ कोटिंग किया गया, तो इसने एक ऐसी सामग्री बनाई जो यांत्रिक रूप से मजबूत, आर्सेनिक के प्रति रासायनिक रूप से सक्रिय और स्थायी अवरोध के प्रति प्रतिरोधी थी। हालांकि प्रयोग प्रयोगशाला सेटिंग में कृत्रिम पानी का उपयोग करके किए गए थे, फिर भी निष्कर्ष एक सर्कुलर इकोनॉमी (चक्रीय अर्थव्यवस्था) की ओर एक व्यवहार्य मार्ग का सुझाव देते हैं जहाँ औद्योगिक कचरे को सार्वजनिक स्वास्थ्य के लिए एक संसाधन में बदल दिया जाता है। यह कार्य इस बात पर प्रकाश डालता है कि सिरेमिक उद्योग से प्राप्त कच्चे माल में उन्नत फिल्ट्रेशन का समर्थन करने के लिए आवश्यक भौतिक और रासायनिक गुण होते हैं, बशर्ते उन्हें सही ढंग से संसाधित और संशोधित किया जाए। भविष्य के कार्यों को इन मेम्ब्रेन का वास्तविक दुनिया की स्थितियों और लंबे समय तक परीक्षण करने की आवश्यकता होगी, लेकिन वर्तमान परिणाम पारंपरिक, संसाधन-गहन मेम्ब्रेन निर्माण के मुकाबले एक आशाजनक, टिकाऊ विकल्प प्रदान करते हैं।
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