Green Rosemary Extract-Mediated Synthesis of Ag/Co/La2O3/Chitosan Nanocomposite for Multifunctional Antibacterial Activity and Simultaneous Removal of Binary Dyes from Water

जल उपचार दो बहुत ही अलग प्रकार के प्रदूषणों के विरुद्ध एक निरंतर संघर्ष है। एक ओर, टेक्सटाइल जैसे उद्योगों से आने वाले रासायनिक दाग हैं, जहाँ रंगीन रंग (डाई) टूटकर नष्ट होने का विरोध करते हैं और जलीय जीवन तक सूरज की रोशनी पहुँचने से रोकते हैं। दूसरी ओर, अदृश्य जैविक खतरे हैं, जैसे कि बैक्टीरिया जो रोग का कारण बन सकते हैं। दशकों से, वैज्ञानिकों ने ऐसे पदार्थ बनाने की कोशिश की है जो पानी से इन प्रदूषकों को बाहर निकाल सकें, लेकिन अधिकांश समाधान केवल एक समय में एक ही समस्या को संभालने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। एक ऐसा पदार्थ जो डाई अणुओं को पकड़ने में उत्कृष्ट हो सकता है, वह अक्सर बैक्टीरिया को मारने में विफल रहता है, और एक ऐसा पदार्थ जो कीटाणुओं को मार सकता है, वह जटिल रसायनों को तोड़ने के लिए पर्याप्त मजबूत नहीं हो सकता है। चुनौती एक एकल, स्मार्ट सामग्री बनाने में निहित है जो ये दोनों काम एक साथ कर सके, विशेष रूप से तब जब पानी में किसी एक शुद्ध पदार्थ के बजाय विभिन्न प्रदूषकों का एक जटिल मिश्रण मौजूद हो।

उत्तरी सीमा विश्वविद्यालय (नदर्न बॉर्डर यूनिवर्सिटी), सऊदी अरब के शोधकर्ताओं ने एक नया पदार्थ विकसित किया है जो इस दोहरी समस्या को हल करने का प्रयास करता है। उन्होंने एक नैनोकम्पोजिट बनाया, जो एक नैनो-इंजीनियर संरचना है जिसे कई अलग-अलग घटकों को एक में मिलाकर बनाया गया है। टीम ने इस सामग्री के मूल (कोर) को बनाने के लिए एक हरित, प्राकृतिक विधि का उपयोग किया। उन्होंने रोज़मेरी (rosemary) की पत्तियों से एक अर्क लिया, जो एक ऐसा पौधा है जो ऐसे यौगिकों से भरपूर है जो रिड्यूसिंग एजेंट के रूप में कार्य कर सकते हैं, और इसे सिल्वर (चांदी), कोबाल्ट और लैंथेनम ऑक्साइड के साथ मिलाया। रोज़मेरी अर्क ने एक कोमल मार्गदर्शक के रूप में कार्य किया, जिससे धातु आयनों को कठोर रसायनों की आवश्यकता के बिना ठोस नैनोकणों में बदलने में मदद मिली। इस कोर पर फिर चिटोसन (chitosan) की एक परत चढ़ाई गई, जो क्रस्टेशियंस (कवच वाले जीव) के खोल से प्राप्त एक प्राकृतिक पॉलीमर है, जिसने कणों को एक साथ रखने और पानी में उनकी स्थिरता में सुधार करने में मदद की। परिणाम स्वरूप एक हाइब्रिड सामग्री प्राप्त हुई जिसने सिल्वर की जीवाणुरोधी शक्ति, कोबाल्ट और लैंथेनम की उत्प्रेरक क्षमताओं और चिटोसन के अधिशोषण (adsorption) गुणों को एक साथ जोड़ दिया।

वैज्ञानिकों ने प्रयोगशाला सेटिंग में इस नई सामग्री का परीक्षण किया कि यह दो सामान्य रंगों (डाई): मेथिलीन ब्लू और क्रिस्टल वॉयलेट से दूषित पानी को कितनी अच्छी तरह साफ कर सकती है। उन्होंने वास्तविक अपशिष्ट जल में पाई जाने वाली जटिल स्थितियों का अनुकरण करने के लिए दोनों रंगों की समान मात्रा वाला एक मिश्रण तैयार किया। जब उन्होंने नैनोकम्पोजिट को पानी में डाला और उसे पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश के संपर्क में लाया, तो सामग्री ने दो मोर्चों पर काम करना शुरू कर दिया। सबसे पहले, सामग्री की सतह ने डाई अणुओं को आकर्षित किया और उन्हें थाम लिया। फिर, प्रकाश के प्रभाव में, सामग्री ने 'रिएक्टिव ऑक्सीजन स्पीशीज' उत्पन्न की, जो अत्यधिक ऊर्जावान अणु होते हैं जो छोटी कैंची की तरह कार्य करते हैं, और डाई अणुओं को काटकर उन्हें हानिरहित उपोत्पादों में तोड़ देते हैं। यह प्रक्रिया उल्लेखनीय रूप से प्रभावी थी। तीन घंटे के उपचार के बाद, सामग्री ने मेथिलीन ब्लू का 97.5 प्रतिशत और क्रिस्टल वॉयलेट का 94.0 प्रतिशत हटा दिया। यह उच्च स्तर की सफलता तब भी प्राप्त हुई जब दोनों रंग सामग्री की सतह पर जगह के लिए आपस में प्रतिस्पर्धा कर रहे थे, जो एक ऐसी स्थिति है जो अक्सर सफाई प्रक्रियाओं को धीमा कर देती है।

रसायनों को साफ करने की अपनी क्षमता के अलावा, यह सामग्री बैक्टीरिया के खिलाफ भी एक शक्तिशाली हथियार साबित हुई। शोधकर्ताओं ने इसका परीक्षण कई प्रकार के बैक्टीरिया के खिलाफ किया, जिनमें वे भी शामिल हैं जिन्हें उपचारित करना कठिन माना जाता है। नैनोकम्पोजिट ने सामग्री के चारों ओर निषेध क्षेत्र (zones of inhibition) बनाए, जहाँ बैक्टीरिया विकसित नहीं हो सकते थे। यह स्टैफिलोकोकस एपिडर्मिडिस (Staphylococcus epidermidis), जो एक सामान्य त्वचा बैक्टीरिया है, के विरुद्ध विशेष रूप से प्रभावी रहा, जहाँ इसने 22 मिलीमीटर का एक स्पष्ट निषेध क्षेत्र बनाया। यह प्रदर्शन प्रयोग में उपयोग किए गए एक मानक एंटीबायोटिक (कंट्रोल) की तुलना में अधिक मजबूत था। इस जीवाणुरोधी क्रिया के पीछे का तंत्र कारकों का एक संयोजन प्रतीत होता है: सामग्री से निकलने वाले सिल्वर आयन बैक्टीरिया की कोशिका भित्ति को बाधित करते हैं, जबकि सामग्री द्वारा उत्पन्न रिएक्टिव ऑक्सीजन स्पीशीज बैक्टीरिया की आंतरिक मशीनरी को नुकसान पहुँचाती है। चिटोसन कोटिंग, जिसमें धनात्मक विद्युत आवेश होता है, संभवतः सामग्री को बैक्टीरिया की कोशिकाओं की ऋणात्मक सतहों से चिपकाने में मदद करती है, जिससे हमला अधिक कुशल हो जाता है।

इस खोज का एक सबसे व्यावहारिक पहलू इसकी स्थायित्व है। वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों में, एक सफाई एजेंट को पुन: प्रयोज्य होना चाहिए ताकि वह स्वयं कचरे की समस्या न बन जाए। शोधकर्ताओं ने नैनोकम्पोजिट को सात बार पुनर्चक्रित (recycle) किया, जिसका उपयोग प्रत्येक बार दूषित पानी के नए बैचों को साफ करने के लिए किया गया। इन सात चक्रों के बाद, सामग्री ने मेथिलीन ब्लू को हटाने की अपनी क्षमता का 93.85 प्रतिशत और क्रिस्टल वॉयलेट को हटाने की अपनी क्षमता का 88.09 प्रतिशत बरकरार रखा। यह सुझाव देता है कि सामग्री स्थिर है और उपयोग के दौरान आसानी से टूटती नहीं है। इसके अलावा, टीम ने यह जांचा कि क्या सिल्वर और कोबाल्ट के घटक पानी में रिस रहे हैं, जो कि खतरनाक हो सकता है। उन्होंने पाया कि इन धातुओं का रिसाव बहुत कम था, जो दर्शाता है कि चिटोसन कोटिंग ने धातु के कणों को उनकी जगह पर सफलतापूर्वक बनाए रखा, जिससे उन्हें पर्यावरण में बाहर निकलने से रोका जा सका।

अध्ययन ने यह भी देखा कि विभिन्न परिस्थितियों, जैसे कि पानी के तापमान या अम्लता (pH) में बदलाव के तहत सामग्री कैसे व्यवहार करती है। यह प्रक्रिया थोड़े क्षारीय (alkaline) पानी में, विशेष रूप से pH 9.0 पर सबसे अच्छा काम करती है, और सामान्य कमरे के तापमान पर भी अच्छा प्रदर्शन करती है, जिसका अर्थ है कि इसे कार्य करने के लिए महंगे हीटिंग की आवश्यकता नहीं है। शोधकर्ताओं ने देखा कि सामग्री ने अधिशोषण (adsorption), जहाँ यह प्रदूषकों को भौतिक रूप से पकड़ती है, और फोटोकैटलिसिस (photocatalysis), जहाँ प्रकाश ऊर्जा रासायनिक विघटन को संचालित करती है, के संयोजन के माध्यम से कार्य किया। इस दोहरी क्रिया ने इसे दो अलग-अलग रंगों के बीच प्रतिस्पर्धा को प्रभावी ढंग से संभालने की अनुमति दी। हालांकि सामग्री ने प्रयोगशाला में बड़ी संभावना दिखाई, लेखक का कहना है कि भविष्य के कार्यों में वास्तविक औद्योगिक स्रोतों से प्राप्त अपशिष्ट जल के नमूनों पर इसका परीक्षण करने और टूटे हुए उत्पादों के दीर्घकालिक भाग्य की जांच करने की आवश्यकता होगी। फिलहाल, हालांकि, यह रोज़मेरी-सहायता प्राप्त, चिटोसन-लेपित नैनोकम्पोजिट एक सम्मोहक उदाहरण है कि कैसे उन्नत नैनोटेक्नोलॉजी के साथ प्राकृतिक सामग्रियों को मिलाकर एक एकल उपकरण बनाया जा सकता है जो एक साथ कई जल प्रदूषण चुनौतियों से निपटने में सक्षम है।