बीबीसी की एक डॉक्यूमेंट्री में एक बार ऐसे जादुई जानवर का परिचय दिया गया था जो "रेगिस्तान से पानी लेता है"। नामीबिया के रेगिस्तान में एक भृंग रहता है। उनकी पीठ हाइड्रोफिलिक धक्कों और सुपर-हाइड्रोफोबिक सब्सट्रेट्स से बनी होती है, जो बीटल को हवा से नमी पकड़ने की अनुमति देती है।
हर सुबह नामीबिया के रेगिस्तान की हवा कोहरे से भरी रहती है। इस समय, भृंग के चारों ओर की नमी उसके शरीर पर हाइड्रोफिलिक धक्कों द्वारा पकड़ ली जाएगी।
फिर, नमी धीरे-धीरे बीटल के कठोर खोल पर पानी की बूंदों में संघनित हो जाएगी। फिर, गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत, पानी की बूंदें बीटल की सुपर-हाइड्रोफोबिक पीठ के साथ उसके मुंह में प्रवाहित होती हैं। इस प्रकार पानी की अत्यंत कमी वाले रेगिस्तान में भृंग ने इतने अद्भुत ढंग से पीने का पानी प्राप्त कर लिया।
लंबे समय से, नॉर्थवेस्ट नॉर्मल यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर ली जियान की टीम ने "प्रकृति से सीखने" की शोध अवधारणा का पालन किया है। तेल-जल पृथक्करण उनकी शोध दिशाओं में से एक है। उन्होंने एक बार कल्पना की थी: यदि रेगिस्तानी बीटल की अनूठी संरचना को पानी के नीचे सुपर-ओलोफोबिक झिल्ली के साथ जोड़ दिया जाए, तो क्या तेल की बूंदों को पकड़ा जा सकता है और तेल-पानी पृथक्करण के क्षेत्र में उपयोग किया जा सकता है?
आख़िरकार उनका विचार वास्तविकता बन गया। कुछ समय पहले, रेगिस्तानी बीटल के "कोहरे में पानी संग्रह" से प्रेरित होकर, उन्होंने और उनकी टीम ने रेगिस्तानी बीटल जैसी तेल-जल पृथक्करण झिल्ली विकसित की, जिसमें "पानी में तेल संग्रह कार्य" है।
झिल्ली उभरे हुए हाइड्रोफोबिक ZIF -8 ओलेओफिलिक कणों और निचली परत पॉलीएक्रिलोनिट्राइल (PAN) पानी के नीचे सुपरओलोफोबिक सामग्री से बनी होती है।
पानी-में-तेल इमल्शन को अलग करते समय, उभरे हुए हाइड्रोफोबिक/ओलेओफिलिक कण (ZIF-8) "पानी में तेल संग्रह" और डीमल्सीकरण प्राप्त कर सकते हैं, जबकि निचली परत पानी के नीचे सुपरओलोफोबिक झिल्ली (PAN) पर एक स्क्रीनिंग भूमिका निभाती है। पायस. दोनों के सहक्रियात्मक प्रभाव के तहत, पारंपरिक पानी के नीचे सुपरओलोफोबिक झिल्ली की पृथक्करण दक्षता और प्रवाह के बीच "व्यापार-बंद" प्रभाव टूट जाता है, और पृथक्करण प्रवाह में सुधार होने पर तेल-पानी इमल्शन की पृथक्करण दक्षता में सुधार होता है, और विभिन्न जल-में-तेल इमल्शन और यहां तक कि पानी-में-कच्चे तेल इमल्शन का कुशल और उच्च-थ्रूपुट पृथक्करण सफलतापूर्वक प्राप्त किया गया है।
इस आधार पर, अनुसंधान टीम ने तेल-जल पृथक्करण झिल्ली के "कैप्चर-एकत्रीकरण-पृथक्करण" के उन्नत पृथक्करण तंत्र का खुलासा किया।
उम्मीद है कि इस उपलब्धि से तैलीय अपशिष्ट जल के गहन उपचार और संसाधन उपयोग में कुछ अनुप्रयोग संभावनाएं होंगी।
उदाहरण के लिए, इसका उपयोग पेट्रोकेमिकल उद्योग, धातुकर्म उद्योग, कपड़ा उद्योग, खाद्य उद्योग, शहरी सीवेज, कच्चे तेल रिसाव, जहाज परिवहन और तेल और गैस निष्कर्षण द्वारा उत्पन्न तैलीय अपशिष्ट जल के उपचार के लिए किया जा सकता है, और कुशल पृथक्करण प्राप्त करने की उम्मीद है। शुद्धि.
यह समझा जाता है कि अपतटीय कच्चे तेल के रिसाव और औद्योगिक तैलीय अपशिष्ट जल के निर्वहन के कारण होने वाली स्वच्छ जल संसाधनों की कमी एक वैश्विक समस्या है जो पारिस्थितिक पर्यावरण की सुरक्षा को खतरे में डालती है और मानव समाज के सतत विकास को रोकती है।
तैलीय अपशिष्ट जल का गहन उपचार और संसाधन उपयोग जल संसाधन की कमी को हल करने, पारिस्थितिक पर्यावरण की रक्षा करने, ऊर्जा संरक्षण और उत्सर्जन में कमी लाने और "दोहरे कार्बन" लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।
तैलीय अपशिष्ट जल को अलग करने और शुद्ध करने की रणनीति के रूप में मेम्ब्रेन तकनीक में उच्च दक्षता और कम ऊर्जा खपत के महत्वपूर्ण फायदे हैं, और इसे तैलीय अपशिष्ट जल के उपचार के लिए सबसे प्रभावी प्रौद्योगिकियों में से एक माना जाता है। छिद्र आकार स्क्रीनिंग और सतह वेटेबिलिटी विनियमन के माध्यम से, यह तकनीक तेल-पानी मिश्रण के चयनात्मक पृथक्करण को प्राप्त कर सकती है।
हालाँकि, सर्फेक्टेंट सोखने या तेल की बूंदों के कारण छिद्रों के बंद होने के कारण होने वाली झिल्ली प्रदूषण की समस्या अभी भी तैलीय अपशिष्ट जल के उपचार में आने वाली सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक है।
सतही तेल संदूषण से तेल-जल पृथक्करण झिल्ली के प्रवाह में कमी, पृथक्करण दक्षता में कमी और परिचालन ऊर्जा खपत में वृद्धि होगी। इसलिए, उच्च पृथक्करण दक्षता और मजबूत परिचालन स्थिरता के साथ एक तेल-जल पृथक्करण झिल्ली विकसित करना अत्यावश्यक है, ताकि तैलीय अपशिष्ट जल का गहन उपचार और संसाधन उपयोग प्राप्त किया जा सके।
मछली के तराजू के स्वयं-सफाई प्रभाव से प्रेरित होकर, तेल-पानी पृथक्करण झिल्ली द्वारा आम तौर पर सामना की जाने वाली झिल्ली दूषण समस्या के जवाब में, ली जियान की टीम 2015 से निस्पंदन पृथक्करण सामग्री और सोखना पृथक्करण सामग्री जैसे पृथक्करण सामग्रियों की एक श्रृंखला तैयार कर रही है। सुपरहाइड्रोफिलिसिटी/अंडरवाटर सुपरओलोफोबिसिटी की डिजाइन अवधारणा पर ध्यान केंद्रित करना।
उनमें से, उनके द्वारा विकसित निस्पंदन पृथक्करण सामग्री तेल-पानी इमल्शन के सफल पृथक्करण को प्राप्त कर सकती है। हालाँकि, एकमात्र दोष यह है कि जब इस प्रकार की सामग्री का उपयोग तेल-पानी के इमल्शन के उपचार के लिए किया जाता है, जब पृथक्करण दक्षता में सुधार होता है, तो प्रवाह कम हो जाएगा।
विशेष रूप से, एक हाइड्रोफिलिक सतह का निर्माण करके, पानी झिल्ली की छिद्र संरचना से गुजर सकता है और सतह पर एक जलयोजन परत बना सकता है, जिससे तेल की बूंदों और पृथक्करण झिल्ली के बीच संपर्क को रोका जा सकता है।
द्वि-आयामी सामग्रियों द्वारा इकट्ठी की गई स्तरित संरचना झिल्ली में अति पतली झिल्ली की मोटाई और नैनोपोर्स होते हैं, और इसके नैनोचैनल में उच्च पारगम्यता और उच्च चयनात्मकता दोनों होती है।
हालाँकि, पारगमन प्रवाह में वृद्धि के साथ, झिल्ली की सतह पर एक उच्च सामान्य प्रवाह वेग दिखाई देगा, जिससे द्वि-आयामी स्तरित संरचना झिल्ली की इंटरलेयर रिक्ति में कमी आएगी, जिससे पारगमन प्रवाह कम हो जाएगा।
साथ ही, द्वि-आयामी झिल्ली की इंटरलेयर रिक्ति में कमी से परतों के बीच हाइड्रेशन परत संपीड़ित हो जाएगी, जिससे एंटी-फाउलिंग प्रदर्शन कम हो जाएगा। इसलिए, उच्च प्रदर्शन वाले तेल-जल पृथक्करण झिल्ली के अनुसंधान में पारगम्य प्रवाह और एंटीफ्लिंग क्षमता को कैसे संतुलित किया जाए यह एक कठिन समस्या है।
इस समस्या को हल करने के लिए, अनुसंधान टीम ने एक उच्च पारगम्यता कार्यात्मक झिल्ली के निर्माण के लिए इंटरफ़ेस स्व-असेंबली रणनीति के माध्यम से धातु कार्बनिक ढांचे (एमओएफ, यूआईओ -66- एनएच 2) नैनोकणों और दो-आयामी एमएक्सईएन नैनोशीट्स का उपयोग किया।
इस उच्च पारगम्यता कार्यात्मक झिल्ली का निर्माण इंटरफ़ेस स्व-असेंबली रणनीति के माध्यम से किया जा सकता है। विस्तार से, धातु कार्बनिक ढांचे के नैनोकणों द्वारा बनाई गई इंटरकलेशन परत दो-आयामी एमएक्सईएन नैनोशीट्स के बीच इंटरलेयर रिक्ति का विस्तार कर सकती है, जिससे पारगम्य प्रवाह में सुधार होता है।
साथ ही, धातु कार्बनिक फ्रेमवर्क नैनोकण एमएक्सईएन नैनोशीट्स का समर्थन कर सकते हैं और झिल्ली सतह पर उच्च सामान्य प्रवाह वेग के कारण झिल्ली परत के बाहर निकलने से बच सकते हैं।
इसके अलावा, धातु कार्बनिक ढांचे के नैनोकणों में उत्कृष्ट जल अवशोषण और जल प्रतिधारण गुण भी होते हैं, जो पृथक्करण झिल्ली सतह और इंटरकलेशन परत की हाइड्रेशन परत को अधिक स्थिर बना सकते हैं, ताकि तेल-जल पृथक्करण झिल्ली में उत्कृष्ट पानी के नीचे सुपरओलोफोबिसिटी और एंटीफ्लिंग गुण हों।
इसके अलावा, पॉलीथीन ग्लाइकोल (पीईजी) और एमएक्सईएन और धातु कार्बनिक ढांचे के बीच गठित हाइड्रोजन बांड इंटरकलेशन संरचना की स्थिरता को और बढ़ाने और कार्यात्मक झिल्ली की हाइड्रोफिलिसिटी में और सुधार करने में मदद करते हैं।
सामान्य तौर पर, द्वि-आयामी एमएक्सईएन झिल्ली सामग्री की अनूठी अंतर्संबंध संरचना और धातु कार्बनिक ढांचे के कणों की हाइड्रोफिलिसिटी और जल प्रतिधारण के लिए धन्यवाद, यह तेल-जल पृथक्करण झिल्ली निम्नलिखित फायदे प्रदर्शित करती है:
सबसे पहले, सतह और इंटरकलेशन स्थिर जलयोजन परत इसे उत्कृष्ट एंटी-फाउलिंग क्षमता प्रदान करती है; दूसरा, स्थिर इंटरलेयर रिक्ति इसे निरंतर और स्थिर उच्च-प्रवाह पृथक्करण क्षमता प्रदान करती है। तीसरा, इसमें उत्कृष्ट रासायनिक स्थायित्व भी है।
इन क्षमताओं के साथ, यह न केवल द्वि-आयामी स्तरित संरचना झिल्ली के पारगम्य प्रवाह और एंटी-फाउलिंग क्षमता के बीच आपसी बाधाओं की समस्या को हल कर सकता है, बल्कि उच्च प्रदर्शन वाले तेल-जल पृथक्करण झिल्ली सामग्री के विकास के लिए नए विचार भी प्रदान कर सकता है। और कुछ हद तक वर्तमान सुपर-हाइड्रोफिलिक/अंडरवाटर सुपर-ओलेओफोबिक झिल्ली सामग्रियों द्वारा सामना की जाने वाली झिल्ली प्रदूषण समस्या को हल करें।
अंत में, संबंधित पेपर जर्नल ऑफ मैटेरियल्स केमिस्ट्री ए में ली हाओयू के साथ "इनवर्स डेजर्ट बीटल-लाइक ZIF-8/पैन कम्पोजिट नैनोफाइबर मेम्ब्रेन फॉर हाईली एफिशिएंट सेपरेशन ऑफ ऑयल-इन-वॉटर इमल्शन" शीर्षक के साथ प्रकाशित हुआ। पहले लेखक के रूप में और ली जियान संबंधित लेखक के रूप में।
यह पेपर जर्नल ऑफ मेम्ब्रेन साइंस में "उच्च पारगम्यता PEG/MXene@MOF झिल्ली के साथ स्थिर इंटरलेयर रिक्ति और निरंतर तैलीय अपशिष्ट जल शोधन के लिए कुशल फाउलिंग प्रतिरोध" शीर्षक के साथ प्रकाशित हुआ था, जिसमें जियांग बिन पहले लेखक और ली जियान थे। लेखक।
