Rapid Removal of HgCl2 from Actual Industrial Wastewater by Covalent Organic Framework
यह अध्ययन एक सुपरहाइड्रोफिलिक मिथाइलथियो-फंक्शनलाइज्ड कोवेलेंट ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क (TP-S-COF) प्रस्तुत करता है जो जल क्लस्टर को बाधित करने और प्रसार को तेज करने वाली सहक्रियात्मक अंतःक्रियाओं के माध्यम से पारंपरिक इलेक्ट्रोस्टैटिक अधिशोषकों की सीमाओं को पार करके जटिल औद्योगिक अपशिष्ट जल से न्यूट्रल HgCl₂ को अत्यंत तीव्र और अत्यधिक कुशल तरीके से हटाने में सक्षम है।
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पारा एक शांत, निरंतर रहने वाला विष है। यह केवल गायब नहीं होता; यह पानी में बना रहता है, खाद्य श्रृंखला के माध्यम से घूमता है, और जीवित चीजों में संचित हो जाता है, जिसकी विषाक्तता पीढ़ियों तक बनी रह सकती है। जब पारा पर्यावरण में प्रवेश करता है, तो यह अक्सर एक साधारण आयन के रूप में नहीं, बल्कि मरकरी क्लोराइड नामक एक तटस्थ अणु के रूप में आता है। यह विशिष्ट रूप विशेष रूप से जटिल है क्योंकि इसमें कोई विद्युत आवेश (इलेक्ट्रिकल चार्ज) नहीं होता है। अधिकांश पारंपरिक जल फिल्टर चुंबक की तरह काम करते हैं, जो आवेशित प्रदूषकों को पानी से बाहर निकालने के लिए विद्युत आकर्षण का उपयोग करते हैं। लेकिन चूंकि तटस्थ मरकरी क्लोराइड में कोई आवेश नहीं होता है, इसलिए यह इन फिल्टरों से आसानी से निकल जाता है, पकड़े जाने से बच जाता है और जल आपूर्ति को दूषित करना जारी रखता है। यह समस्या औद्योगिक सेटिंग्स में विशेष रूप से गंभीर है, जहाँ अपशिष्ट जल पहले से ही नमक और अन्य रसायनों से भरा होता है जो पारे को इन पकड़ने में कठिन तटस्थ अणुओं के रूप में बनने के लिए प्रोत्साहित करते हैं। इस विशिष्ट, अदृश्य खतरे को तेजी से पकड़ने का तरीका खोजना पारिस्थितिक तंत्र और सार्वजनिक स्वास्थ्य की रक्षा के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती है।
नानजिंग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने विशेष रूप से इस समस्या को हल करने के लिए डिज़ाइन की गई एक नई सामग्री विकसित की है। उन्होंने कार्बन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन और सल्फर से बनी एक छिद्रपूर्ण, स्पंज जैसी संरचना बनाई है, जिसे वे 'कोवेलेंट ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क' कहते हैं। इस सामग्री को एक अत्यधिक व्यवस्थित, सूक्ष्म जाली के रूप में समझें जिसमें छोटे छेद होते हैं, जिसे मरकरी क्लोराइड के लिए एक जाल के रूप में कार्य करने हेतु इंजीनियर किया गया है। मानक फिल्टरों के विपरीत जो बिजली पर निर्भर करते हैं, यह नया स्पंज एक अलग रणनीति का उपयोग करता है: यह विशिष्ट रासायनिक समूहों से ढका हुआ है जो चिपचिपे हाथों की तरह काम करते हैं, जो सीधे तटस्थ मरकरी अणुओं को पकड़ने के लिए आगे बढ़ते हैं। शोधकर्ताओं ने अपनी रचना को TP-S-COF नाम दिया है। यह दो सरल निर्माण खंडों से बना है: तीन एल्डिहाइड समूहों वाला एक केंद्रीय रिंग और दो सल्फर युक्त मिथाइल समूहों वाला एक बेंजीन रिंग। जब इन टुकड़ों को गर्मी और दबाव के तहत एक साथ पकाया जाता है, तो वे एक स्थिर, क्रिस्टलीय ढांचे के रूप में जुड़ जाते हैं जो अत्यधिक हाइड्रोफिलिक (जल-स्नेही) है, जिसका अर्थ है कि यह पानी से बहुत प्यार करता है, और कठोर, अम्लीय वातावरण में जीवित रहने के लिए रासायनिक रूप से मजबूत है।
इस नई सामग्री का प्रदर्शन आश्चर्यजनक रूप से तेज है। प्रयोगशाला परीक्षणों में, शोधकर्ताओं ने मरकरी क्लोराइड युक्त पानी में इस पाउडर की एक छोटी मात्रा डाली। मात्र दस सेकंड के भीतर, सामग्री ने घोल से 98 प्रतिशत पारा निकाल लिया। तीस सेकंड के निशान तक, पानी इतना साफ हो गया था कि वह विसर्जन के सख्त सुरक्षा मानकों को पूरा करता था। इसकी गति सक्रिय कार्बन या रेजिन जैसे पारंपरिक अवशोषकों की तुलना में कई गुना अधिक है, जिन्हें समान परिणाम प्राप्त करने में मिनटों या घंटों का समय लग सकता है। यह सामग्री अत्यधिक चयनात्मक भी सिद्ध हुई। जब शोधकर्ताओं ने पारे को अपशिष्ट जल में पाए जाने वाले अन्य सामान्य धातुओं, जैसे सोडियम, कैल्शियम और कॉपर के साथ मिलाया, तो इस स्पंज ने अन्य तत्वों को अनदेखा कर दिया और लगभग पूरी तरह से केवल पारे पर ध्यान केंद्रित किया। यहाँ तक कि जब पानी को वास्तविक औद्योगिक स्थितियों की नकल करने के लिए अत्यधिक नमकीन बनाया गया, तब भी सामग्री ने पारे को पकड़ने की अपनी क्षमता बनाए रखी, और केवल दस सेकंड में इसका 84 प्रतिशत हिस्सा निकाल लिया।
यह समझने के लिए कि यह सामग्री इतनी अच्छी तरह से क्यों काम करती है, टीम ने आणविक स्तर पर क्या होता है, इसका बारीकी से अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि पानी में मरकरी क्लोराइड के अणु आमतौर पर पानी के अणुओं के एक खोल से घिरे होते हैं, जो एक क्लस्टर (समूह) बनाते हैं जो उन्हें सुस्त और पकड़ने में कठिन बनाता है। नई सामग्री इस क्लस्टर को तोड़ देती है। स्पंज पर मौजूद सल्फर समूह प्राथमिक एंकर के रूप में कार्य करते हैं, जो एक मजबूत रासायनिक बंधन के साथ पारे को पकड़ते हैं। साथ ही, ढांचे के ऑक्सीजन परमाणु पारे से आसपास के पानी के अणुओं को हटाने में मदद करते हैं, जिससे प्रभावी रूप से प्रदूषक के सुरक्षात्मक खोल को उतार दिया जाता है। यह दोहरी क्रिया पारे को स्पंज के छिद्रों में फिसलने और लगभग तुरंत स्थिर होने की अनुमति देती है। कंप्यूटर सिमुलेशन ने पुष्टि की कि यदि सल्फर और ऑक्सीजन दोनों मिलकर काम नहीं करते, तो यह सामग्री इतनी प्रभावी नहीं होती। जब शोधकर्ताओं ने इस सामग्री के उन संस्करणों का परीक्षण किया जिनमें या तो सल्फर या ऑक्सीजन की कमी थी, तो हटाने की गति काफी कम हो गई, जिससे सिद्ध हुआ कि दोनों भाग आवश्यक हैं।
सामग्री ने उल्लेखनीय स्थायित्व भी दिखाया। शोधकर्ताओं ने वास्तविक औद्योगिक अपशिष्ट नमूनों में इसका परीक्षण किया जो एक रासायनिक संयंत्र से लिए गए थे, जिसमें आयनों और जटिल कार्बनिक पदार्थों का उच्च स्तर था। इस कठिन वातावरण में भी, सामग्री ने पारे को तेजी से और कुशलता से हटाया। इसके अलावा, स्पंज उपयोग किए जाने और साफ किए जाने के बाद भी टूटा नहीं या अपनी कार्यक्षमता नहीं खोई। यह अम्लीय स्थितियों में स्थिर रहा, जो औद्योगिक कचरे की एक सामान्य विशेषता है, और पंद्रह चक्रों के उपयोग के बाद भी इसने अपना ढांचा बनाए रखा। गति, चयनात्मकता और स्थिरता का यह संयोजन बताता है कि यह सामग्री आपातकालीन प्रतिक्रिया स्थितियों के लिए एक व्यावहारिक उपकरण हो सकती है जहाँ पारे का रिसाव होता है, जो दूषित पानी के और अधिक फैलने से पहले उसे साफ करने का एक तरीका प्रदान करती है। यह अध्ययन यह स्पष्ट ब्लूप्रिंट प्रदान करता है कि भविष्य की सामग्रियों को कैसे डिजाइन किया जाए जो भारी धातु प्रदूषण से निपटने के लिए उन विशिष्ट रासायनिक रूपों को लक्षित कर सकें जो इन प्रदूषकों को हटाना कठिन बनाते हैं।
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