Green Synthesis and Characterisation of Iron Oxide Nanoparticles Using Rice Husk and Orange Peel Extracts and Residue Templates (RHOPTNPs) for the Adsorptive Removal of Ciprofloxacin and Ibuprofen from Aqueous Solution

पानी हमारे ग्रह का जीवन रक्त है, लेकिन यह तेजी से एक छिपा हुआ बोझ ढो रहा है: हमारे द्वारा ली गई दवाओं के अंश। जब लोग एंटीबायोटिक्स या दर्द निवारक दवाएं लेते हैं, तो शरीर हर अणु को अवशोषित नहीं कर पाता है। जो शेष बचता है वह घरों और अस्पतालों से बहकर अंततः नदियों और झीलों तक पहुँच जाता है। ये फार्मास्युटिकल अवशेष खतरनाक हैं क्योंकि वे पर्यावरण में बने रहते हैं और बैक्टीरिया को उपचार के प्रति प्रतिरोधी बनने के लिए प्रोत्साहित कर सकते हैं, जिससे सार्वजनिक स्वास्थ्य के लिए दीर्घकालिक खतरा पैदा होता है। पारंपरिक जल उपचार संयंत्र बड़े कणों और बैक्टीरिया को हटाने के लिए बनाए गए थे, न कि इन सूक्ष्म, घुले हुए रासायनिक अंशों के लिए। इसे हल करने के लिए, वैज्ञानिक एक अलग दृष्टिकोण की ओर मुड़ रहे हैं: आयरन ऑक्साइड के सूक्ष्म कणों का उपयोग करना, जो सूक्ष्म स्पंज की तरह कार्य करते हैं जो पानी से इन दवाओं को पकड़ सकते हैं। हालांकि, इन कणों को बनाने के लिए आमतौर पर कठोर रसायनों और उच्च ऊर्जा की आवश्यकता होती है। एक अधिक टिकाऊ मार्ग है उन्हें पौधों का उपयोग करके उगाना, एक विधि जिसे 'ग्रीन सिंथेसिस' (हरित संश्लेषण) कहा जाता है, जो कचरे को एक उपयोगी उपकरण में बदल देती है।

हाल ही में, नाइजीरिया के शोधकर्ताओं ने इस बात की खोज की कि कृषि अपशिष्ट के दो सामान्य प्रकारों का उपयोग करके इन आयरन ऑक्साइड नैनोकणों को कैसे बनाया जाए: चावल की भूसी और संतरे के छिलके। इन सामग्रियों को फेंकने के बजाय, टीम ने नैनोकणों के निर्माण के लिए एक प्राकृतिक सांचे (टेम्प्लेट) के रूप में उन्हें मिलाया। उन्होंने भूसी और छिलकों के बचे हुए ठोस हिस्सों को लिया, उन्हें पानी के साथ मिलाकर एक अर्क बनाया, और फिर इस मिश्रण में आयरन साल्ट (लोहे के लवण) मिलाए। वनस्पति सामग्रियां एक मचान (स्कैफोल्ड) के रूप में कार्य करती थीं, जो लोहे को सूक्ष्म, चुंबकीय कणों के रूप में बनने के लिए निर्देशित करती थीं, और साथ ही उन्हें पौधों के प्राकृतिक रसायनों से लेपित भी करती थीं। परिणामी सामग्री, जिसे शोधकर्ताओं ने RHOPTNeps नाम दिया, का परीक्षण यह देखने के लिए किया गया कि क्या यह दूषित पानी से दो विशिष्ट दवाओं—सिप्रोफ्लोक्सासिन (एक एंटीबायोटिक) और इबुप्रोफेन (एक दर्द निवारक)—को प्रभावी ढंग से निकाल सकती है।

टीम ने अपनी नई सामग्री के भौतिक स्वरूप को समझने के लिए पहले इसका परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि नैनोकण लगभग 76 नैनोमीटर आकार के थे, एक ऐसा पैमाना जो इतना छोटा है कि एक पिन के सिर पर लाखों कण समा सकते हैं। अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि यह सामग्री अविश्वसनीय रूप से छिद्रयुक्त (पोरस) थी, जिसका अर्थ है कि इसके भीतर सूक्ष्म छिद्रों और सुरंगों का एक विशाल नेटवर्क था। इस संरचना ने नैनोकणों को एक विशाल सतह क्षेत्र प्रदान किया, जिससे वे एक साथ बड़ी मात्रा में पानी के साथ परस्पर क्रिया कर सकते हैं। विश्लेषण ने यह भी पुष्टि की कि कण चुंबकीय थे, जो एक महत्वपूर्ण विशेषता है क्योंकि यह उन्हें अपना काम करने के बाद चुंबक के माध्यम से पानी से आसानी से बाहर निकालने की अनुमति देता है, बजाय इसके कि उन्हें छानकर निकाला जाए। इन कणों की सतह चावल और संतरे के जैविक अणुओं से ढकी हुई थी, जिसने कणों को स्थिर करने में मदद की और संभवतः उन रासायनिक "हुक्स" (आंकड़ों) को प्रदान किया जो दवाओं को पकड़ने के लिए आवश्यक थे।

जब शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला में इस सामग्री का परीक्षण किया, तो उन्होंने पाया कि यह विशिष्ट परिस्थितियों में असाधारण रूप से अच्छा काम करती है। एंटीबायोटिक सिप्रोफ्लोक्सासिन के लिए, नैनोकणों ने सही मात्रा में उपयोग किए जाने और लगभग 40 मिनट का समय दिए जाने पर पानी से दवा का लगभग 99.5 प्रतिशत हिस्सा निकाल लिया। यह प्रक्रिया तटस्थ pH स्तर पर सबसे अच्छी तरह काम करती है, जो शुद्ध पानी की अम्लता के समान है, और पानी के तापमान में थोड़ी वृद्धि होने पर और भी बेहतर प्रदर्शन करती है। इसके विपरीत, इबुप्रोफेन का निष्कासन समान परिस्थितियों में लगभग 92 प्रतिशत दक्षता तक पहुँचा, लेकिन यह दवा अलग व्यवहार करती है: नैनोकण इसे तब सबसे प्रभावी ढंग से हटाते हैं जब पानी ठंडा होता है। यह अंतर बताता है कि दोनों दवाएं थोड़ा अलग तंत्र के माध्यम से कणों से चिपकती हैं, जिसमें एक प्रक्रिया को कुशलतापूर्वक आगे बढ़ने के लिए गर्मी की आवश्यकता होती है और दूसरी प्रक्रिया पानी के गर्म होने पर धीमी हो जाती है।

अध्ययन ने यह भी देखा कि समय के साथ और वास्तविक परिदृश्यों में यह सामग्री कैसे व्यवहार करती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि नैनोकणों का बार-बार उपयोग किया जा सकता है। चार बार धोने और पुन: उपयोग के बाद भी, सामग्री ने अपने पकड़े गए सिप्रोफ्लोक्सासिन के लगभग 92 प्रतिशत हिस्से को हटाया, जो इसकी मजबूत स्थायित्व को दर्शाता है। हालांकि, बार-बार उपयोग के बाद इबुप्रोफेन को पकड़ने की इसकी क्षमता काफी कम हो गई, जो यह सुझाव देता है कि इबुप्रोफेन के लिए बाइंडिंग साइट्स (जुड़ाव स्थल) को साफ करना और पुन: उपयोग करना कठिन है। इसके बावजूद, वास्तविक अपशिष्ट जल के नमूनों पर परीक्षण किए जाने पर यह सामग्री प्रभावी साबित हुई, जो कडुना के अस्पतालों और आवासीय क्षेत्रों से लिए गए थे। इन जटिल मिश्रणों में, जिनमें लक्षित दवाओं के अलावा अन्य कई पदार्थ होते हैं, नैनोकणों ने अभी भी दोनों दवाओं के एक महत्वपूर्ण हिस्से को हटाने में सफलता प्राप्त की, जिसमें नमूने और विशिष्ट दवा के आधार पर निष्कासन दर 80 से 97 प्रतिशत के बीच रही।

निष्कर्ष बताते हैं कि कृषि अपशिष्ट को एक उच्च-तकनीकी जल क्लीनर में बदलना एक व्यवहार्य और आशाजनक रणनीति है। यह प्रक्रिया केवल प्रदूषण हटाने के बारे में नहीं है; यह उन सामग्रियों से मूल्य बनाने के बारे में भी है जिन्हें अन्यथा फेंक दिया जाता। चावल की भूसी और संतरे के छिलकों की प्राकृतिक रसायन विज्ञान का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने एक चुंबकीय अधिशोषक (एडसॉर्बेंट) बनाया जो बनाने में सस्ता, पानी से निकालने में आसान और फार्मास्युटिकल प्रदूषकों को साफ करने में अत्यधिक प्रभावी है। जबकि अध्ययन पुष्टि करता है कि नियंत्रित सेटिंग्स और वास्तविक अपशिष्ट जल में यह सामग्री अच्छी तरह से काम करती है, लेखक नोट करते हैं कि कणों की सतह पर होने वाली सटीक रासायनिक अंतःक्रियाओं को पूरी तरह से समझने और यह देखने के लिए कि यह प्रणाली बड़े पैमाने पर कैसे प्रदर्शन करती है, आगे के परीक्षण की आवश्यकता है। फिर भी, यह कार्य एक ऐसे भविष्य की ओर एक ठोस कदम है जहाँ हमारे पानी को साफ करना उतना ही निर्भर हो सकता है जितना कि उन खेतों पर जो हमें खिलाते हैं, न कि केवल उन कारखानों पर जो हमारे कचरे का उपचार करते हैं।