সম্প্রতি, চীনা এবং আমেরিকান গবেষকরা রিভার্স অসমোসিস মেমব্রেন ওয়াটার ট্রিটমেন্টের গবেষণার দিকে গুরুত্বপূর্ণ অগ্রগতি করেছেন। তারা একটি নতুন মেমব্রেন ম্যাটেরিয়াল-পলিয়েস্টার মেমব্রেন ম্যাটেরিয়াল (ডিএইচএমবিএ) তৈরি করেছে, যা সমুদ্রের জল বিশুদ্ধকরণ, পৌরসভার বর্জ্য জল পরিশোধন এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে বিস্তৃত প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে।
এই অর্জন সম্প্রতি বিজ্ঞানে প্রকাশিত হয়েছে। এই কৃতিত্বটি যৌথভাবে নানজিং ইউনিভার্সিটি অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজির প্রফেসর ঝাং জুয়ান, নর্থইস্ট নরমাল ইউনিভার্সিটির স্কুল অফ এনভায়রনমেন্টের হুও মিংক্সিন এবং ওয়াং জিয়ানজের দল এবং আমেরিকান একাডেমি অফ ইঞ্জিনিয়ারিং-এর একজন শিক্ষাবিদ প্রফেসর মেনাচেম এলিমেলেচ (ইয়েল ইউনিভার্সিটি) দ্বারা যৌথভাবে সম্পন্ন হয়েছে। .
"পলিয়েস্টার ঝিল্লি" চ্যালেঞ্জ "পলিমাইড ঝিল্লি"
একমাত্র প্রযুক্তি যা উৎস থেকে মিঠা পানির সম্পদের উন্মুক্ত উৎস বৃদ্ধিকে উপলব্ধি করতে পারে, বিশ্বব্যাপী পানির ঘাটতি সমস্যা সমাধানের প্রথম পছন্দ এবং আমার দেশের "জল নিরাপত্তা" পরিকল্পনার পুনর্নির্মাণের একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ হলো সমুদ্রের পানি বিশুদ্ধকরণ।
বর্তমানে, মূলধারার বাণিজ্যিক সামুদ্রিক জল নিষ্কাশন ঝিল্লির ধরন হল যৌগিক পলিমাইড ফিল্ম (টিএফসি-পিএ), যার মধ্যে ডুপন্ট, হাইড্রোলিক এনার্জি, টরে এবং মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের অন্যান্য সংস্থাগুলির পণ্যগুলি বিশ্বব্যাপী বাজারের বেশিরভাগ অংশ দখল করে।
পাতলা ফিল্ম কম্পোজিট রিভার্স অসমোসিস মেমব্রেন প্রায় অর্ধ শতাব্দী ধরে ডিস্যালিনেশন এবং জল পরিশোধনের জন্য সোনার মানসম্পন্ন প্রযুক্তি। পলিমাইড পাতলা ফিল্ম কম্পোজিট রিভার্স অসমোসিস (TFC-RO) মেমব্রেনগুলি তাদের চমৎকার বিভাজন দক্ষতার কারণে ডিস্যালিনেশন এবং বর্জ্য জল পুনঃব্যবহারের জন্য পছন্দের প্রযুক্তিতে পরিণত হয়েছে।
এই ঝিল্লিগুলি ইন্টারফেসিয়াল পলিমারাইজেশন দ্বারা প্রস্তুত করা হয়, যার ফলে একটি রুক্ষ পৃষ্ঠ হয় যা দূষিত পদার্থের শোষণের জন্য সংবেদনশীল। যদিও অক্সিডেন্ট বায়োফউলিং কমাতে পারে, পলিমাইড ঝিল্লি ক্লোরিনের উপস্থিতিতে সহজেই ক্ষতিগ্রস্ত হয়।
তাই, শিল্প জলের চিকিত্সার জন্য ঝিল্লি রক্ষার জন্য জমাট বাঁধা, অ্যান্টিফাউলিং এজেন্ট যোগ করা, জীবাণুমুক্তকরণ এবং ডিক্লোরিনেশনের মতো ব্যয়বহুল প্রিট্রিটমেন্ট পদক্ষেপ প্রয়োজন। যদিও ফাউলিং-প্রতিরোধী এবং ক্লোরিন-প্রতিরোধী ঝিল্লিগুলি সম্প্রতি আবির্ভূত হয়েছে, তাদের ডিস্যালিনেশন কর্মক্ষমতা পলিমাইড ঝিল্লির তুলনায় নিকৃষ্ট।
একটি বিশেষ ক্ষেত্রে একটি PES সাবস্ট্রেটের উপর গঠিত একটি পলিয়েস্টার নির্বাচনী স্তর, যা ভাল ক্লোরিন প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং ডিস্যালিনেশন ক্ষমতা দেখায়, কিন্তু pH 8 এর উপরে হাইড্রোলাইসিসের জন্য সংবেদনশীল।{1}}। কঠিন ঝিল্লির বিকাশ যা প্রিট্রিটমেন্ট এড়াতে পারে তা উল্লেখযোগ্যভাবে ডিস্যালিনেশন খরচ এবং পরিবেশগত প্রভাব কমিয়ে দেবে।
এই সমস্যাগুলি সমাধান করার জন্য, NUST-এর অধ্যাপক ঝাং জুয়ানের গবেষণা দল 2014 সালে বিপরীত অসমোসিস মেমব্রেনের ক্ষেত্রে উপাদান উদ্ভাবন শুরু করে এবং প্রচুর পরিমাণে প্রয়োগ মৌলিক গবেষণা চালায়। তারা পলিয়েস্টার বিচ্ছেদ ঝিল্লি উপাদান সিস্টেমের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে এবং কাঠামোগত সৃষ্টি এবং প্রযুক্তিগত উদ্ভাবন চালিয়ে যায়।
অবশেষে, গবেষকরা একটি পলিয়েস্টার ফিল্ম কম্পোজিট রিভার্স অসমোসিস মেমব্রেন (DHMBA) ডিজাইন করেছেন যার মধ্যে শক্তিশালী জলের ব্যাপ্তিযোগ্যতা, সোডিয়াম ক্লোরাইড এবং বোরনের উচ্চ প্রতিরোধ এবং সম্পূর্ণ ক্লোরিন প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে। পলিমাইড ঝিল্লির সাথে তুলনা করে, অতি-মসৃণ, কম-শক্তির ঝিল্লির পৃষ্ঠটিও ফাউলিং এবং খনিজ স্কেলিং প্রতিরোধ করতে পারে।
এই ঝিল্লিগুলি জল-লবণ নির্বাচনকে আরও অপ্টিমাইজ করে সমুদ্রের জলের বিশুদ্ধকরণের পূর্ব-চিকিত্সা পদক্ষেপগুলিকে ব্যাপকভাবে হ্রাস করার একটি উপায় সরবরাহ করে, এইভাবে পলিমাইড ঝিল্লির জন্য একটি ক্রমবর্ধমান চ্যালেঞ্জ তৈরি করে।
উপরন্তু, ডিএইচএমবিএ পলিয়েস্টার রিভার্স অসমোসিস মেমব্রেন বিদ্যমান বাণিজ্যিক ঝিল্লির উত্পাদন প্রক্রিয়া অনুসরণ করে, যা বড় আকারের উৎপাদনের সম্ভাব্যতা উন্নত করে, যা বিপরীত অসমোসিস শিল্পের বিকাশে একটি মাইলফলক।
নতুন ঝিল্লি উপাদান উন্নত বৈশিষ্ট্য কি কি?
1. ডিস্যালিনেশন কর্মক্ষমতা
গবেষকরা প্রস্তুত ডিএইচএমবিএ ঝিল্লিকে চিহ্নিত করেছেন এবং নিশ্চিত করেছেন যে এর পৃষ্ঠটি ত্রুটিমুক্ত ছিল এবং 92% এর বেশি ক্রস-লিংকিং ঘনত্ব ছিল, যা একটি স্থিতিশীল পলিয়েস্টার কাঠামোর গঠন নির্দেশ করে।
স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি এবং পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি পর্যবেক্ষণে দেখা গেছে যে ঝিল্লির পৃষ্ঠটি ঐতিহ্যবাহী পলিমাইড ঝিল্লির তুলনায় মসৃণ এবং কম রুক্ষ ছিল।
অ্যাটম প্রোব এবং অন্যান্য কৌশলগুলি ঝিল্লির অভিন্নতা এবং উপযুক্ত বেধকে আরও নিশ্চিত করেছে। বাজারের বাণিজ্যিক ঝিল্লির সাথে তুলনা করে, ডিএইচএমবিএ ঝিল্লি ডিস্যালিনেশন কর্মক্ষমতাতে ভালো পারফর্ম করেছে, বিশেষ করে লবণ প্রত্যাখ্যান এবং জলের প্রবাহের ক্ষেত্রে।
উপরন্তু, এটি বোরন অপসারণে বর্তমান প্রযুক্তির চেয়ে ভাল পারফর্ম করেছে, বিভিন্ন পরিস্থিতিতে উচ্চ অপসারণের হার বজায় রাখার ক্ষমতা দেখায়, যা এর অনন্য রাসায়নিক এবং চার্জ বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে সম্পর্কিত হতে পারে।
2. ঝিল্লি ক্লোরিন স্থায়িত্ব
গবেষকরা DHMBA এবং SW30 ঝিল্লির ক্লোরিন স্থিতিশীলতাও পরীক্ষা করেছেন। পূর্ববর্তী গবেষণার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, SW30 এর পলিমাইড-ভিত্তিক ঝিল্লির কর্মক্ষমতা দ্রুত খারাপ হয়ে যায় যখন সমস্ত pH অবস্থার অধীনে সক্রিয় ক্লোরিনের সংস্পর্শে আসে, বিশেষ করে HOCl প্রজাতির সরাসরি ক্ষয়ের কারণে অ্যাসিডিক অবস্থায়।
বিপরীতে, ডিএইচএমবিএ ঝিল্লি চমৎকার অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট বৈশিষ্ট্য দেখায় কারণ এর কাঠামোর নির্দিষ্ট অবস্থানে থাকা উপাদানগুলি সরাসরি ক্লোরিনেশন প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধ করে।
বিশেষ করে pH 0 এর অম্লীয় অবস্থার অধীনে, DHMBA ঝিল্লি স্থিতিশীল ডিস্যালিনেশন কর্মক্ষমতা বজায় রাখে, এবং DFT গণনা এবং XPS ফলাফলগুলি এই উপসংহারটিকে সমর্থন করে, যা সুগন্ধি প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়াগুলির প্রতিরোধের নির্দেশ করে।
নিরপেক্ষ pH অবস্থার অধীনে, DHMBA ঝিল্লি 2000 ঘন্টা পর্যন্ত পরীক্ষায় স্থিতিশীলতা বজায় রাখতে পারে, এবং 9.0 পর্যন্ত pH মান পর্যন্ত বিনামূল্যে ক্লোরিন এক্সপোজারের অত্যন্ত উচ্চ ঘনত্ব সহ্য করতে পারে, এটি তার চমৎকার ক্ষার প্রতিরোধের প্রদর্শন করে। .
3. ঝিল্লি বিরোধী fouling
গবেষকরা অজৈব (খনিজ) এবং জৈব দূষণকারীর চিকিত্সার জন্য পলিয়েস্টার ঝিল্লি এবং SW30 ঝিল্লির ক্ষমতা তুলনা করেছেন।
মডেল জিপসাম সমাধান এবং সিমুলেটেড সামুদ্রিক জলের সাথে পরীক্ষা করা হলে, পলিমাইড-ভিত্তিক SW30 ঝিল্লির জলের প্রবাহ দ্রুত হ্রাস পায়, যখন পলিয়েস্টার ঝিল্লির কার্যকারিতা 24 ঘন্টা অপারেশন চলাকালীন মূলত অপরিবর্তিত থাকে।
স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি পর্যবেক্ষণের মাধ্যমে, এটি দেখা যায় যে DHMBA ঝিল্লির পৃষ্ঠটি সমুদ্রের জলের বিশুদ্ধকরণ পরীক্ষার পরে প্রায় প্রাথমিক অবস্থায় থাকে, যখন SW30 ঝিল্লির পৃষ্ঠে স্ফটিক বা সমষ্টি গঠিত হয়।
একইভাবে, সোডিয়াম অ্যালজিনেট এবং হিউমিক অ্যাসিডের মতো সিমুলেটেড জৈব দূষকযুক্ত ব্রাইনের চিকিত্সা করার সময়, ডিএইচএমবিএ ঝিল্লি SW30 ঝিল্লির তুলনায় জলের প্রবাহে ন্যূনতম হ্রাস দেখায়। FE-SEM চিত্রগুলি SW30 ঝিল্লি পৃষ্ঠে গঠিত পুরু এবং ঘন ফিল্টার কেকের তুলনায় DHMBA ঝিল্লি পৃষ্ঠে কম ফাউলিং জমা প্রকাশ করেছে।
ডিএইচএমবিএ ঝিল্লির এই অ্যান্টি-ফাউলিং এবং অ্যান্টি-আনুগত্য ক্ষমতাগুলি এর অতি-মসৃণ, কম-শক্তি এবং কম চার্জের পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্যগুলির জন্য দায়ী করা যেতে পারে।
বাস্তব সামুদ্রিক জল পরীক্ষা এবং নিয়মিত ক্লোরিন চিকিত্সা অবস্থার অধীনে, DHMBA ঝিল্লি চমৎকার স্থিতিশীলতা দেখিয়েছে, 15 দিন পরে জলের প্রবাহে মাত্র 2% হ্রাস, বাস্তব-বিশ্বের অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য এর সম্ভাব্যতা তুলে ধরে।