Degradation and toxicity attenuation of persistent triazole contaminants by sequence-controlled ferrate(VI)-ozone oxidation
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि एक अनुक्रम-नियंत्रित फेरेट(VI)-पूर्व-ऑक्सीकरण के बाद ओजोनेशन प्रक्रिया, प्रतिक्रियाशील प्रजातियों के उत्पादन और लक्षित आणविक संरचनात्मक संशोधन से जुड़े सहक्रियात्मक तंत्रों के माध्यम से, निरंतर ट्रायज़ोल प्रदूषकों के क्षरण और विषहरण को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाती है।
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जल उपचार संयंत्र लगातार एक विशिष्ट प्रकार के जिद्दी रसायनों: ट्रायज़ोल (triazoles) के खिलाफ एक हारती हुई लड़ाई लड़ रहे हैं। ये वे यौगिक हैं जो एंटीफंगल दवाओं से लेकर कृषि कवकनाशकों तक सब कुछ में पाए जाते हैं, और इन्हें प्रकृति और उद्योग द्वारा टूटने के प्रति प्रतिरोधी बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। जब वे नदियों और झीलों में बहकर आते हैं, तो वे केवल गायब नहीं होते; वे बने रहते हैं, और अक्सर मानक उपचार प्रक्रियाओं के बाद भी जलीय जीवन को नुकसान पहुँचाने की अपनी क्षमता बनाए रखते हैं। समस्या केवल यह नहीं है कि इन रसायनों को नष्ट करना कठिन है, बल्कि यह भी है कि उन्हें तोड़ने के लिए उपयोग की जाने वाली विधियाँ कभी-कभी नए, समान रूप से खतरनाक उपोत्पाद (byproducts) बना सकती हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि एक शक्तिशाली ऑक्सीडेंट (oxidant)—एक ऐसा रसायन जो अन्य अणुओं को तोड़ने के लिए उनसे इलेक्ट्रॉन छीन लेता है—का उपयोग करना अक्सर इन प्रदूषकों को पूरी तरह से खनिज बनाने (mineralize) में विफल रहता है, जिससे जहरीले अवशेष पीछे रह जाते हैं। इस समस्या को हल करने के लिए, वैज्ञानिकों को न केवल मूल जहर को हटाने का एक तरीका चाहिए था, बल्कि यह भी सुनिश्चित करना था कि पीछे छूटे हुए हिस्से हानिरहित हों।
इनर मंगोलिया विश्वविद्यालय और इनर मंगोलिया यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के वैज्ञानिकों की एक टीम ने एक नया दृष्टिकोण विकसित किया है जो इन रसायनों के विनाश को एक एकल घटना के बजाय एक दो-चरणीय अनुक्रम (two-step sequence) के रूप में मानता है। उन्होंने दो सामान्य ट्रायज़ोल प्रदूषकों पर ध्यान केंद्रित किया: फ्लुकोनाज़ोल (fluconazole), जो एक व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली एंटीफंगल दवा है, और टेबुकोनाज़ोल (tebuconazole), जो एक सामान्य कृषि कवकनाशक है। दो अलग-अलग सफाई एजेंटों को एक साथ मिलाने के बजाय, शोधकर्ताओं ने पाया कि उन्हें डालने का क्रम अत्यंत महत्वपूर्ण है। पहले फेरेट (ferrate) नामक एक उच्च-संयोजक आयरन यौगिक को पेश करके, और फिर उसके बाद ओजोन गैस का उपयोग करके, उन्होंने एक ऐसी प्रतिक्रिया श्रृंखला बनाई जो अकेले किसी भी रसायन द्वारा प्राप्त किए जाने वाले प्रभाव से कहीं अधिक प्रभावी है। यह अनुक्रमिक विधि न केवल प्रदूषकों के रासायनिक बंधों को तोड़ती है; यह अणुओं की संरचना को इस तरह से मौलिक रूप से बदल देती है जिससे दूसरे रसायन के लिए उन्हें पूरी तरह समाप्त करना बहुत आसान हो जाता है।
हाल ही में एक प्रीप्रिंट में प्रकाशित इस अध्ययन के परिणाम बताते हैं कि संचालन का यह विशिष्ट क्रम सफाई शक्ति में नाटकीय सुधार लाता है। जब शोधकर्ताओं ने फ्लुकोनाज़ोल या टेबुकोनाज़ोल युक्त पानी का उपचार किया, तो इस अनुक्रमिक प्रक्रिया ने एक घंटे के भीतर मूल प्रदूषकों में से 90 प्रतिशत से अधिक को हटा दिया। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि इसने कुल कार्बनिक कार्बन (total organic carbon) को लगभग 70 प्रतिशत तक हटा दिया, जो इस बात का माप है कि रसायनों को कितने पूर्ण रूप से सरल, हानिरहित घटकों में तोड़ा गया था। इसके विपरीत, आयरन यौगिक या ओजोन गैस का अकेले उपयोग करने से केवल लगभग 20 से 30 प्रतिशत प्रदूषक ही हटे। यहाँ तक कि दोनों रसायनों को एक ही समय में मिलाने पर भी चरण-दर-चरण दृष्टिकोण की तुलना में काफी खराब प्रदर्शन हुआ, जिससे यह सिद्ध हुआ कि प्रतिक्रिया का समय ही सफलता की कुंजी है।
इस सफलता का रहस्य इस बात में निहित है कि पहला रसायन दूसरे के लिए जमीन कैसे तैयार करता है। फेरेट एक 'प्री-ऑक्सीडेंट' के रूप में कार्य करता है, जो ट्रायज़ोल रिंग्स और अणुओं के हैलोजेनेटेड हिस्सों के विशिष्ट कमजोर बिंदुओं पर हमला करता है। यह प्रारंभिक हमला प्रदूषक के आकार और इलेक्ट्रॉनिक प्रकृति को बदल देता है, जिससे वह प्रभावी रूप से "नरम" हो जाता है। एक बार जब ओजोन पेश की जाती है, तो वह इन संशोधित अणुओं पर हमला करना बहुत आसान पाती है। यह प्रक्रिया अत्यधिक प्रतिक्रियाशील प्रजातियों, विशेष रूप से हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स (hydroxyl radicals) का संचार करती है, जो अनिवार्य रूप से पानी के अणुओं के वे अंश हैं जिन्होंने एक इलेक्ट्रॉन खो दिया है और आस-पास की किसी भी चीज़ के साथ जुड़ने के लिए आक्रामक रूप से खोज रहे हैं। ये रेडिकल्स, अन्य प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन रूपों के साथ मिलकर, कमजोर प्रदूषकों पर कई कोणों से हमला करते हैं, रिंग्स को खोल देते हैं और कार्बन श्रृंखलाओं को इस तरह से काट देते हैं जैसा कि एक एकल ऑक्सीडेंट प्रबंधित नहीं कर सकता था।
यह समझने के लिए कि वास्तव में क्या हो रहा था, शोधकर्ताओं ने कंप्यूटर मॉडलिंग और उन्नत रासायनिक विश्लेषण के संयोजन का उपयोग किया। उन्होंने फ्लुकोकोनाज़ोल और टेबुकोनाज़ोल अणुओं के इलेक्ट्रॉन वितरण को मैप किया ताकि यह अनुमान लगाया जा सके कि हमले कहाँ होंगे। उनके मॉडलों ने सुझाव दिया कि हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स ट्रायज़ोल रिंग्स और अणुओं के एरोमैटिक हिस्सों को लक्षित करेंगे। प्रायोगिक डेटा ने इसकी पुष्टि की, जिससे पता चला कि प्रदूषकों का वास्तव में हाइड्रॉक्सिलेशन (hydroxylation), डीहैलोजिनेशन (dehalogenation) हो रहा था, और उनकी रिंग्स खुल रही थीं। शोधकर्ताओं ने प्रक्रिया के दौरान कई मध्यवर्ती उत्पादों (intermediate products) का पता लगाया, जिससे पुष्टि हुई कि रसायनों को केवल गायब होने के बजाय टुकड़ों में अलग किया जा रहा था। जबकि कंप्यूटर मॉडल द्वारा अनुमानित कुछ मध्यवर्ती उत्पाद अभी भी कुछ विषाक्तता रखते थे, पानी के समग्र जैविक प्रभाव में उल्लेखनीय कमी आई।
इस पद्धति का वास्तविक परीक्षण तब हुआ जब शोधकर्ताओं ने उपचारित पानी के जैविक प्रभाव का अध्ययन किया। उन्होंने उपचार से पहले और बाद के पानी को गेहूं के बीजों, बैक्टीरिया और जेब्राफिश भ्रूणों के संपर्क में रखा। अनुपचारित पानी, जिसमें मूल प्रदूषक मौजूद थे, ने गेहूं के अंकुरों की वृद्धि को गंभीर रूप से बाधित किया और मछली के भ्रूणों में विकासात्मक समस्याएं पैदा कीं। अनुक्रमिक उपचार के बाद, पानी बहुत कम विषैला हो गया। गेहूं के बीज साफ पानी के लगभग समान दर से अंकुरित हुए, और जेब्राफिश के भ्रूणों का विकास सामान्य रूप से हुआ। इसने प्रदर्शित किया कि प्रक्रिया ने केवल मूल यौगिक को हटाकर समस्या को छिपाया नहीं है; बल्कि इसने वास्तव में जीवित जीवों के लिए समग्र खतरे को कम कर दिया है। अध्ययन में बारह अलग-अलग प्रकार के एंटीबायोटिक्स का भी परीक्षण किया गया, और यह सभी पर अच्छी तरह से काम कर गया, जिससे पता चलता है कि यह दृष्टिकोण नाइट्रोजन युक्त विभिन्न प्रकार के जिद्दी प्रदूषकों के लिए उपयोगी हो सकता है।
हालाँकि, शोधकर्ता सावधानीपूर्वक नोट करते हैं कि यह एक प्रयोगशाला खोज है जिसे अभी वास्तविक दुनिया में परीक्षण करने की आवश्यकता है। यह प्रक्रिया तटस्थ pH वाले पानी में सबसे अच्छा काम करती है, लेकिन कार्बोनेट या बाइकार्बोनेट के उच्च स्तर की उपस्थिति, जो प्राकृतिक जल में आम हैं, प्रतिक्रिया को धीमा कर सकती है। यह सुझाव देता है कि हालांकि यह विधि शक्तिशाली है, लेकिन इसे उपचारित किए जा रहे विशिष्ट जल स्रोत के आधार पर सावधानीपूर्वक ट्यून करने की आवश्यकता होगी। अध्ययन यह भी रेखांकित करता है कि प्रक्रिया में उपयोग किया जाने वाला आयरन अंततः एक ठोस अवक्षेप (precipitate) में बदल जाता है, जिसे फिल्टर करने की आवश्यकता होगी, जिससे उपचार प्रक्रिया में एक अतिरिक्त चरण जुड़ जाएगा। इन व्यावहारिक बाधाओं के बावजूद, निष्कर्ष जल उपचार के लिए एक सम्मोहक नई रणनीति प्रदान करते हैं। केवल ऑक्सीडेंट्स को लागू करने के क्रम को बदलकर, वैज्ञानिकों ने एक कठिन, अपूर्ण सफाई कार्य को अत्यधिक कुशल कार्य में बदलने का एक तरीका खोज लिया है, जो पारिस्थितिक तंत्र और समुदायों के लिए स्वच्छ जल का एक संभावित मार्ग प्रदान करता है।
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