Sulphate removal from synthetic acid mine drainage by iron-impregnated coconut shell biochar: role of iron retention and surface accessibility

जब छोड़ी गई खानों पर बारिश होती है, तो पानी अक्सर उजागर चट्टानों के ढेरों से होकर रिसता है और धातुओं तथा अम्लों का एक जहरीला मिश्रण अपने साथ ले आता है। यह अपवाह, जिसे एसिड माइन ड्रेनेज (अम्लीय खान जल निकासी) कहा जाता है, नदियों और धाराओं में बहकर आता है, जिससे पानी का रंग जंग जैसा नारंगी हो जाता है और वह जीवन के लिए प्रतिकूल बन जाता है। इस गंदे पानी की सबसे जिद्दी समस्याओं में से एक सल्फेट है, जो एक रासायनिक यौगिक है जिसे हटाने में चूना (लाइम), जो कि एक सामान्य सफाई एजेंट है, प्रभावी ढंग से संघर्ष करता है। क्योंकि सल्फेट घुला हुआ रहता है, यह बहुत दूर तक बह सकता है, जिससे पारिस्थितिक तंत्रों को दीर्घकालिक नुकसान होता है। वैज्ञानिक सल्फेट आयनों को पकड़ने के बेहतर तरीकों की तलाश कर रहे हैं, और हाल ही में, उन्होंने एक साधारण सामग्री की ओर अपना ध्यान केंद्रित किया है: नारियल के छिलकों से बना कोयला। इस कोयले को लोहे (आयरन) के साथ उपचारित करके, शोधकर्ता एक ऐसा फिल्टर बनाने की उम्मीद करते हैं जो सल्फेट के लिए एक चुंबक की तरह काम करे, और इससे पहले कि यह नुकसान पहुँचाए, इसे पानी से बाहर निकाल दे।

एक हालिया अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने यह समझने की कोशिश की कि इस आयरन-उपचारित चारकोल को सर्वोत्तम रूप से कैसे काम में लाया जाए। उन्होंने नारियल के छलों से शुरुआत की, जिन्हें उन्होंने उच्च तापमान पर जलाकर बायोचार नामक एक छिद्रपूर्ण, काली सामग्री बनाई। इसके बाद इस बायोचार को लोहे के घोल में भिगोया गया, जिसमें शोधकर्ताओं ने छिलकों के वजन के सापेक्ष लोहे की विभिन्न मात्राओं का परीक्षण किया। उन्होंने तीन विशिष्ट मिश्रणों का परीक्षण किया, जिसमें लोहे और बायोचार का अनुपात छिलकों के वजन का आधा, आधे से थोड़ा अधिक, और वजन के बराबर रखा गया। इन मिश्रणों को गर्म करने के बाद, उन्होंने सामग्रियों की जांच की कि वास्तव में कितना लोहा सतह पर चिपका और किस रूप में है। उन्होंने पाया कि एक बार जब लोहे की मात्रा एक निश्चित बिंदु से आगे बढ़ गई, तो अतिरिक्त लोहा चारकोल पर नहीं रहा; वह बस बह गया या जुड़ने में विफल रहा। इसका अर्थ था कि उच्चतम लोहे वाली दो मिश्रणों में लोहे की कुल मात्रा समान थी, भले ही उनमें से एक की शुरुआत अधिक लोहे से हुई थी।

असली खोज तब हुई जब टीम ने परीक्षण किया कि ये सामग्रियां पानी को कितनी अच्छी तरह साफ करती हैं। उन्होंने विभिन्न प्रकार के चारकोल को सिंथेटिक एसिड माइन ड्रेनेज के साथ मिलाया, जो प्रदूषित पानी का एक प्रयोगशाला संस्करण था, जिसमें सल्फेट की उच्च सांद्रता थी। परिणामों ने दिखाया कि सबसे अधिक लोहा होना, सबसे प्रभावी लोहा होने के समान नहीं है। मध्यम मात्रा में लोहा वाले मिश्रण ने सबसे अच्छा प्रदर्शन किया, जिसने लगभग नब्बे प्रतिशत सल्फेट को हटा दिया, जबकि उच्चतम लोहे वाले मिश्रण ने वास्तव में कम सल्फेट हटाया। शोधकर्ताओं ने सबसे अच्छे प्रदर्शन करने वाले की सतह को बारीकी से देखा और पाया कि लोहा बड़े, ठोस क्रिस्टल बनाने के बजाय सूक्ष्म, अदृश्य समूहों में फैला हुआ था। इस महीन, बिखरे हुए लोहे ने सल्फेट के पकड़ने के लिए अधिक सुलभ स्थान बनाए। इसके विपरीत, अन्य मिश्रणों में लोहा कम उपलब्ध था, जिससे सिद्ध हुआ कि लोहे की व्यवस्था, सतह पर जोड़े गए लोहे की कुल मात्रा से अधिक महत्वपूर्ण है।

इन निष्कर्षों की पुष्टि करने के लिए, शोधकर्ताओं ने सबसे अच्छी सामग्री पर कई परीक्षण किए, जिसमें उपयोग किए गए चारकोल की मात्रा और पानी में बिताए गए समय को बदला गया। उन्होंने पाया कि सफाई तेजी से हुई, जिसमें एक घंटे के भीतर अधिकांश सल्फेट निकल गया। यह प्रक्रिया एक अनुमानित पैटर्न का पालन करती थी जहाँ चारकोल ने समय के साथ सल्फेट को लगातार पकड़ा। जब उन्होंने विभिन्न गणितीय मॉडलों की तुलना की कि कौन सा मॉडल इस प्रक्रिया का वर्णन बेहतर ढंग से करता है, तो वह मॉडल जिसने चारकोल की असमान सतह को ध्यान में रखा था, उस मॉडल से बेहतर था जिसने एक पूरी तरह से चिकनी सतह का अनुमान लगाया था। इसने पुष्टि की कि चारकोल की खुरदरी, जटिल बनावट ही इसकी सफलता की कुंजी थी। अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि यदि लोहा सामग्री को धारण करने की क्षमता से अधिक है, तो केवल अधिक लोहा डालना संसाधनों की बर्बादी है। इसके बजाय, सबसे प्रभावी दृष्टिकोण उस 'स्वीट स्पॉट' (इष्टतम बिंदु) को खोजना है जहाँ लोहा पूरी तरह से बना रहे और इस तरह फैला हो कि सल्फेट के लिए उस तक पहुँचना आसान हो। नारियल के छिलके के चारकोल और लोहे का यह विशिष्ट मिश्रण एसिड माइन ड्रेनेज को साफ करने के लिए एक आशाजनक, कम लागत वाला पहला कदम प्रदान करता है, जो एक अपशिष्ट उत्पाद को जल संरक्षण के एक शक्तिशाली उपकरण में बदल देता है।