বিবিসির একটি ডকুমেন্টারি একবার এমন একটি জাদুকরী প্রাণীর পরিচয় দিয়েছে যা "মরুভূমি থেকে জল পায়"। নামিবিয়ার মরুভূমিতে বাস করে একটি পোকা। তাদের পিঠগুলি হাইড্রোফিলিক বাম্প এবং সুপার-হাইড্রোফোবিক সাবস্ট্রেট দ্বারা গঠিত, যা বিটলকে বাতাস থেকে আর্দ্রতা ক্যাপচার করতে দেয়।
প্রতিদিন সকালে নামিবিয়ার মরুভূমির বাতাস কুয়াশায় ভরে যায়। এই সময়ে, বিটলের চারপাশের আর্দ্রতা তার শরীরে হাইড্রোফিলিক বাম্প দ্বারা ধরা হবে।
তারপরে, আর্দ্রতা ধীরে ধীরে বিটলের শক্ত খোলসে জলের ফোঁটায় ঘনীভূত হবে। তারপর, মহাকর্ষের ক্রিয়ায়, জলের ফোঁটাগুলি বিটলের সুপার-হাইড্রোফোবিক পিঠ বরাবর তার মুখের মধ্যে প্রবাহিত হয়। এইভাবে, অত্যন্ত জল-অপ্রতুল মরুভূমিতে, পোকাটি এমন দুর্দান্ত উপায়ে পানীয় জল পেয়েছিল।
দীর্ঘদিন ধরে, নর্থওয়েস্ট নরমাল ইউনিভার্সিটির প্রফেসর লি জিয়ানের দল "প্রকৃতি থেকে শেখার" গবেষণা ধারণাকে মেনে চলে। তেল-জল বিচ্ছেদ তার গবেষণার অন্যতম দিক। তিনি একবার কল্পনা করেছিলেন: মরুভূমির বিটলের অনন্য কাঠামো যদি পানির নিচের সুপার-ওলিওফোবিক ঝিল্লির সাথে একত্রিত হয়, তাহলে তেলের ফোঁটাগুলিকে ধরে তেল-জল পৃথকীকরণের ক্ষেত্রে ব্যবহার করা যেতে পারে?
তার ধারণা অবশেষে বাস্তবে পরিণত হলো। কিছুক্ষণ আগে, মরুভূমির পোকা "কুয়াশায় জল সংগ্রহ" দ্বারা অনুপ্রাণিত হয়ে তিনি এবং তার দল একটি মরুভূমির পোকা-এর মতো তেল-জল বিভাজন ঝিল্লি তৈরি করেছিলেন, যার "পানিতে তেল সংগ্রহের কাজ" রয়েছে।
ঝিল্লিটি উত্থিত হাইড্রোফোবিক ZIF-8 ওলিওফিলিক কণা এবং নীচের স্তর পলিঅ্যাক্রাইলোনিট্রিল (PAN) জলের নিচের সুপারওলিওফোবিক উপাদান দিয়ে গঠিত।
ওয়াটার-ইন-অয়েল ইমালসনকে আলাদা করার সময়, উত্থিত হাইড্রোফোবিক/ওলিওফিলিক কণা (ZIF-8) "পানিতে তেল সংগ্রহ" এবং ডিমুলসিফিকেশন অর্জন করতে পারে, যখন নীচের স্তর পানির নিচের সুপারলিওফোবিক মেমব্রেন (PAN) একটি স্ক্রিনিং ভূমিকা পালন করে ইমালসন উভয়ের সমন্বয়মূলক প্রভাবের অধীনে, ঐতিহ্যগত আন্ডারওয়াটার সুপারলিওফোবিক ঝিল্লির বিচ্ছেদ দক্ষতা এবং প্রবাহের মধ্যে "ট্রেড-অফ" প্রভাব ভেঙে যায় এবং তেল-জল ইমালশনের বিচ্ছেদ কার্যকারিতা উন্নত হয় যখন বিচ্ছেদ ফ্লাক্স উন্নত হয়, এবং বিভিন্ন ওয়াটার-ইন-অয়েল ইমালসন এবং এমনকি ওয়াটার-ইন-অশোধিত তেল ইমালশনের দক্ষ এবং উচ্চ-থ্রুপুট বিভাজন সফলভাবে অর্জিত হয়েছে।
এই ভিত্তিতে, গবেষণা দল তেল-জল পৃথকীকরণ ঝিল্লির "ক্যাপচার-এগ্রিগেশন-বিচ্ছেদ" এর উন্নত বিচ্ছেদ প্রক্রিয়া প্রকাশ করেছে।
এটি প্রত্যাশিত যে এই কৃতিত্বে তৈলাক্ত বর্জ্য জলের গভীর শোধন এবং সম্পদ ব্যবহারের ক্ষেত্রে কিছু প্রয়োগের সম্ভাবনা থাকবে৷
উদাহরণস্বরূপ, এটি পেট্রোকেমিক্যাল শিল্প, ধাতব শিল্প, টেক্সটাইল শিল্প, খাদ্য শিল্প, শহুরে পয়ঃনিষ্কাশন, অপরিশোধিত তেল ছড়িয়ে পড়া, জাহাজ পরিবহন, এবং তেল ও গ্যাস উত্তোলন দ্বারা উত্পন্ন তৈলাক্ত বর্জ্য জলের চিকিত্সার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে এবং দক্ষ পৃথকীকরণ এবং অর্জনের আশা করা হচ্ছে। পরিশোধন
এটা বোঝা যায় যে অফশোর অপরিশোধিত তেল ছড়িয়ে পড়া এবং শিল্প তৈলাক্ত বর্জ্য জলের নিষ্কাশনের কারণে সৃষ্ট বিশুদ্ধ জল সম্পদের ঘাটতি একটি বৈশ্বিক সমস্যা যা পরিবেশগত পরিবেশের নিরাপত্তাকে বিপন্ন করে এবং মানব সমাজের টেকসই উন্নয়নকে সীমাবদ্ধ করে।
তৈলাক্ত বর্জ্য জলের গভীর শোধন এবং সম্পদের ব্যবহার জল সম্পদের ঘাটতি সমাধান, পরিবেশগত পরিবেশ রক্ষা, শক্তি সংরক্ষণ এবং নির্গমন হ্রাস এবং "দ্বৈত কার্বন" লক্ষ্য অর্জনের জন্য অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ।
ঝিল্লি প্রযুক্তি, তৈলাক্ত বর্জ্য জলকে পৃথক এবং বিশুদ্ধ করার কৌশল হিসাবে, উচ্চ দক্ষতা এবং কম শক্তি খরচের উল্লেখযোগ্য সুবিধা রয়েছে এবং এটি তৈলাক্ত বর্জ্য জলের চিকিত্সার জন্য সবচেয়ে কার্যকর প্রযুক্তিগুলির মধ্যে একটি হিসাবে বিবেচিত হয়। ছিদ্র আকারের স্ক্রীনিং এবং পৃষ্ঠের ভেজাতা নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে, এই প্রযুক্তিটি তেল-জলের মিশ্রণের নির্বাচনী পৃথকীকরণ অর্জন করতে পারে।
যাইহোক, সার্ফ্যাক্ট্যান্ট শোষণ বা ছিদ্রের তেল ফোঁটা আটকে যাওয়ার কারণে সৃষ্ট ঝিল্লি দূষণ সমস্যা এখনও তৈলাক্ত বর্জ্য জলের চিকিত্সার ক্ষেত্রে সবচেয়ে বড় চ্যালেঞ্জগুলির মধ্যে একটি।
পৃষ্ঠের তেল দূষণ তেল-জল পৃথকীকরণ ঝিল্লির প্রবাহ হ্রাস, পৃথকীকরণ দক্ষতা হ্রাস এবং অপারেটিং শক্তি খরচ বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করবে। অতএব, উচ্চ বিচ্ছেদ দক্ষতা এবং শক্তিশালী অপারেটিং স্থিতিশীলতার সাথে একটি তেল-জল পৃথকীকরণ ঝিল্লি বিকাশ করা জরুরি, যাতে তৈলাক্ত বর্জ্য জলের গভীর চিকিত্সা এবং সংস্থান ব্যবহার অর্জন করা যায়।
মাছের আঁশের স্ব-পরিষ্কার প্রভাব দ্বারা অনুপ্রাণিত হয়ে তেল-জল পৃথকীকরণের ঝিল্লি দ্বারা সাধারণত ঝিল্লির ফাউলিং সমস্যার প্রতিক্রিয়া হিসাবে, লি জিয়ানের দল 2015 সাল থেকে পরিস্রাবণ বিচ্ছেদ উপকরণ এবং শোষণ বিচ্ছেদ উপকরণগুলির মতো বিচ্ছেদ উপকরণগুলির একটি সিরিজ প্রস্তুত করছে, সুপারহাইড্রোফিলিসিটি/আন্ডারওয়াটার সুপারওলিওফোবিসিটির ডিজাইন ধারণার উপর ফোকাস করা।
তাদের মধ্যে, তারা যে পরিস্রাবণ পৃথকীকরণ উপকরণ তৈরি করেছে তা তেল-জল ইমালশনের সফল বিচ্ছেদ অর্জন করতে পারে। যাইহোক, একমাত্র ত্রুটি হল যে যখন এই ধরনের উপাদান তেল-জল ইমালসনের চিকিত্সার জন্য ব্যবহার করা হয়, যখন পৃথকীকরণের দক্ষতা উন্নত হয়, তখন প্রবাহ হ্রাস পাবে।
বিশেষত, একটি হাইড্রোফিলিক পৃষ্ঠ তৈরি করে, জল ঝিল্লির ছিদ্র কাঠামোর মধ্য দিয়ে যেতে পারে এবং পৃষ্ঠে একটি হাইড্রেশন স্তর তৈরি করতে পারে, যার ফলে তেলের ফোঁটা এবং বিচ্ছেদ ঝিল্লির মধ্যে যোগাযোগ রোধ হয়।
দ্বি-মাত্রিক উপকরণ দ্বারা একত্রিত স্তরযুক্ত কাঠামোর ঝিল্লিতে অতি-পাতলা ঝিল্লি পুরুত্ব এবং ন্যানোপোর রয়েছে এবং এর ন্যানোচ্যানেলগুলিতে উচ্চ ব্যাপ্তিযোগ্যতা এবং উচ্চ নির্বাচনীতা উভয়ই রয়েছে।
যাইহোক, পারমিয়েশন ফ্লাক্সের বৃদ্ধির সাথে সাথে ঝিল্লির পৃষ্ঠে একটি উচ্চতর স্বাভাবিক প্রবাহ বেগ দেখা যাবে, যা দ্বি-মাত্রিক স্তরযুক্ত কাঠামোর ঝিল্লির আন্তঃস্তর ব্যবধান হ্রাসের দিকে নিয়ে যাবে, যার ফলে পারমিয়েশন ফ্লাক্স হ্রাস পাবে।
একই সময়ে, দ্বি-মাত্রিক ঝিল্লির ইন্টারলেয়ার ব্যবধান হ্রাসের ফলে স্তরগুলির মধ্যে হাইড্রেশন স্তরটি সংকুচিত হবে, যাতে ফাউলিং-বিরোধী কর্মক্ষমতা হ্রাস পায়। অতএব, কীভাবে পারমিয়েশন ফ্লাক্স এবং অ্যান্টিফাউলিং ক্ষমতার ভারসাম্য বজায় রাখা যায় তা উচ্চ-কার্যকারিতা তেল-জল পৃথকীকরণ ঝিল্লির গবেষণায় একটি কঠিন সমস্যা।
এই সমস্যাটি সমাধান করার জন্য, গবেষণা দল একটি উচ্চ ব্যাপ্তিযোগ্যতা কার্যকরী ঝিল্লি তৈরি করতে ইন্টারফেস স্ব-সমাবেশ কৌশলের মাধ্যমে ধাতব জৈব কাঠামো (MOF, UiO-66-NH2) ন্যানো পার্টিকেল এবং দ্বি-মাত্রিক MXene ন্যানোশিট ব্যবহার করেছে।
এই উচ্চ ব্যাপ্তিযোগ্যতা কার্যকরী ঝিল্লি ইন্টারফেস স্ব-সমাবেশ কৌশল মাধ্যমে নির্মিত হতে পারে. বিস্তারিতভাবে, ধাতু জৈব ফ্রেমওয়ার্ক ন্যানো পার্টিকেল দ্বারা তৈরি ইন্টারক্যালেশন স্তর দ্বি-মাত্রিক MXene ন্যানোশিটের মধ্যে ইন্টারলেয়ার ব্যবধানকে প্রসারিত করতে পারে, যার ফলে পারমিয়েশন ফ্লাক্স উন্নত হয়।
একই সময়ে, ধাতব জৈব ফ্রেমওয়ার্ক ন্যানো পার্টিকেলগুলি MXene ন্যানোশিটগুলিকে সমর্থন করতে পারে এবং ঝিল্লি পৃষ্ঠের উচ্চ স্বাভাবিক প্রবাহ বেগ দ্বারা সৃষ্ট ঝিল্লি স্তরের এক্সট্রুশন এড়াতে পারে।
তদুপরি, ধাতব জৈব কাঠামোর ন্যানো পার্টিকেলগুলিতে চমৎকার জল শোষণ এবং জল ধরে রাখার বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যা বিচ্ছেদ ঝিল্লি পৃষ্ঠ এবং ইন্টারক্যালেশন স্তরের হাইড্রেশন স্তরকে আরও স্থিতিশীল করে তুলতে পারে, যাতে তেল-জল পৃথকীকরণ ঝিল্লিতে দুর্দান্ত জলের নীচে সুপারলিওফোবিসিটি এবং অ্যান্টিফাউলিং বৈশিষ্ট্য রয়েছে।
উপরন্তু, পলিথিন গ্লাইকোল (PEG) এবং MXene এবং ধাতু জৈব কাঠামোর মধ্যে গঠিত হাইড্রোজেন বন্ডগুলি ইন্টারক্যালেশন কাঠামোর স্থায়িত্বকে আরও উন্নত করতে এবং কার্যকরী ঝিল্লির হাইড্রোফিলিসিটি আরও উন্নত করতে সহায়তা করে।
সাধারণভাবে, দ্বি-মাত্রিক MXene ঝিল্লি উপাদানের অনন্য আন্তঃসংযোগ কাঠামো এবং ধাতব জৈব কাঠামোর কণার হাইড্রোফিলিসিটি এবং জল ধরে রাখার জন্য ধন্যবাদ, এই তেল-জল বিভাজন ঝিল্লি নিম্নলিখিত সুবিধাগুলি প্রদর্শন করে:
প্রথমত, পৃষ্ঠ এবং ইন্টারক্যালেশন স্থিতিশীল হাইড্রেশন স্তর এটিকে চমৎকার অ্যান্টি-ফাউলিং ক্ষমতা দেয়; দ্বিতীয়ত, স্থিতিশীল ইন্টারলেয়ার ব্যবধান এটিকে একটি অবিচ্ছিন্ন এবং স্থিতিশীল উচ্চ-প্রবাহ বিচ্ছেদ ক্ষমতা দেয়। তৃতীয়ত, এটির চমৎকার রাসায়নিক স্থায়িত্বও রয়েছে।
এই ক্ষমতাগুলির সাথে, এটি শুধুমাত্র পারমিয়েশন ফ্লাক্স এবং দ্বি-মাত্রিক স্তরযুক্ত কাঠামোর ঝিল্লির অ্যান্টি-ফাউলিং ক্ষমতার মধ্যে পারস্পরিক সীমাবদ্ধতার সমস্যা সমাধান করতে পারে না, তবে উচ্চ-কার্যকারিতা তেল-জল পৃথকীকরণ ঝিল্লি উপকরণগুলির বিকাশের জন্য নতুন ধারণাও সরবরাহ করতে পারে, এবং একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে বর্তমান সুপার-হাইড্রোফিলিক/আন্ডারওয়াটার সুপার-ওলিওফোবিক মেমব্রেন উপাদানগুলির মুখোমুখি ঝিল্লি দূষণ সমস্যা সমাধান করে।
অবশেষে, সম্পর্কিত গবেষণাপত্রটি জার্নাল অফ ম্যাটেরিয়ালস কেমিস্ট্রি A-তে "বিপরীত মরুভূমির বিটল-লাইক ZIF-8/PAN যৌগিক ন্যানোফাইব্রাস মেমব্রেন অয়েল-ইন-ওয়াটার ইমালশনের অত্যন্ত দক্ষ পৃথকীকরণের জন্য" শিরোনামে প্রকাশিত হয়েছিল, Li Haoyu-এর সাথে প্রথম লেখক হিসেবে এবং সংশ্লিষ্ট লেখক হিসেবে লি জিয়ান।
জার্নাল অফ মেমব্রেন সায়েন্স-এ "স্থিতিশীল ইন্টারলেয়ার স্পেসিং এবং ক্রমাগত তৈলাক্ত বর্জ্য জল পরিশোধনের জন্য দক্ষ ফাউলিং প্রতিরোধের সাথে উচ্চ ব্যাপ্তিযোগ্যতা PEG/MXene@MOF মেমব্রেন" শিরোনামে গবেষণাপত্রটি প্রকাশিত হয়েছিল, যার প্রথম লেখক হিসাবে জিয়াং বিন এবং সংশ্লিষ্ট হিসাবে লি জিয়ান। লেখক
