अमेरिकी लुगदी और कागज उद्योग पेड़ों से सेल्यूलोज पल्प का उत्पादन करने के लिए बड़ी मात्रा में पानी का उपयोग करता है। पल्पिंग प्रक्रिया से निकलने वाले पानी में कई जैविक बायप्रोडक्ट और अकार्बनिक रसायन होते हैं। पानी और रसायनों का पुन: उपयोग करने के लिए, पेपर मिलें भाप से भरे वाष्पीकरणकर्ताओं पर भरोसा करती हैं जो पानी को उबालती हैं और इसे रसायनों से अलग करती हैं।
बाष्पीकरणकर्ताओं द्वारा जल पृथक्करण प्रभावी है लेकिन बड़ी मात्रा में ऊर्जा का उपयोग करता है। यह महत्वपूर्ण है कि संयुक्त राज्य अमेरिका वर्तमान में कागज और पेपरबोर्ड का दुनिया का दूसरा सबसे बड़ा उत्पादक है। देश की लगभग 100 पेपर मिलों में पानी के पुनर्चक्रण के लिए प्रति वर्ष लगभग 0.2 क्वैड (एक क्वाड अरब क्विंटल ऊर्जा) का उपयोग करने का अनुमान है, जिससे यह सबसे अधिक ऊर्जा-गहन रासायनिक प्रक्रियाओं में से एक है। लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी के अनुसार, संयुक्त राज्य अमेरिका में 2019 में सभी औद्योगिक ऊर्जा की खपत 26.4 क्विड थी।
एक विकल्प ऊर्जा-कुशल निस्पंदन झिल्ली को तैनात करना है, जिससे अपशिष्ट जल को पुन: चक्रित किया जा सके। लेकिन पारंपरिक बहुलक झिल्ली - पिछले कई दशकों से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है - यह अपशिष्ट जल और कई अन्य औद्योगिक अनुप्रयोगों में पाए जाने वाले कठोर परिस्थितियों और उच्च रासायनिक सांद्रता में संचालन का सामना नहीं कर सकता है।
जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने कार्बन पर आधारित रासायनिक रूप से प्रतिरोधी सामग्री ग्राफीन ऑक्साइड (जीओ) से बने इंजीनियर झिल्लियों की एक विधि खोजी है, ताकि वे औद्योगिक अनुप्रयोगों में प्रभावी ढंग से काम कर सकें।
जॉर्जिया केमिकल स्कूल ऑफ केमिकल एंड बायोमैकेरिनल इंजीनियरिंग में इंडस्ट्री के आउटरीच के प्रोफेसर शंकर नायर, प्रोफेसर, सिमरन फैकल्टी फेलो ने कहा, "जीओ में उल्लेखनीय विशेषताएं हैं जो पारंपरिक झिल्ली के माध्यम से पानी को बहुत तेजी से प्राप्त करने की अनुमति देती हैं।" "लेकिन एक दीर्घकालिक सवाल यह है कि कैसे गो झिल्ली को उच्च रासायनिक सांद्रता के साथ यथार्थवादी परिस्थितियों में काम करना है ताकि वे औद्योगिक रूप से प्रासंगिक हो सकें।"
नई निर्माण तकनीकों का उपयोग करते हुए, शोधकर्ता GO झिल्लियों के माइक्रोस्ट्रक्चर को इस तरह से नियंत्रित कर सकते हैं जो उन्हें उच्च रासायनिक सांद्रता पर भी पानी को प्रभावी ढंग से फ़िल्टर करना जारी रखने की अनुमति देता है।
जर्नल ऑफ एनर्जी-आरएपीआईडी इंस्टीट्यूट, वन उत्पाद कंपनियों के एक औद्योगिक संघ और जॉर्जिया टेक के नवीकरणीय बायोप्रोडक्ट्स संस्थान द्वारा समर्थित अनुसंधान को हाल ही में जर्नल में रिपोर्ट किया गया था। प्रकृति स्थिरता। कई उद्योग जो अपने उत्पादन प्रक्रियाओं में बड़ी मात्रा में पानी का उपयोग करते हैं, वे इन जीओ नैनोफिल्टरेशन झिल्ली का उपयोग करके लाभ के लिए खड़े हो सकते हैं।
नायर, उनके सहकर्मी मीशा शोफनर और स्कॉट सिंकेफील्ड और उनकी शोध टीम ने पांच साल पहले यह काम शुरू किया था। वे जानते थे कि गो झिल्ली लंबे समय से अलवणीकरण में अपनी महान क्षमता के लिए पहचाने जाते थे, लेकिन केवल एक प्रयोगशाला सेटिंग में। नायर ने कहा, "किसी ने भी यह प्रदर्शित नहीं किया था कि ये झिल्ली यथार्थवादी औद्योगिक जल धाराओं और परिचालन स्थितियों में प्रदर्शन कर सकते हैं।" "GO संरचनाओं के साथ जुड़े उत्कृष्ट रासायनिक स्थिरता को बनाए रखते हुए नए प्रकार के GO संरचनाओं की आवश्यकता थी जो उच्च निस्पंदन प्रदर्शन और यांत्रिक स्थिरता प्रदर्शित करते थे।"
इस तरह की नई संरचनाएं बनाने के लिए, टीम ने गो शीट्स के बीच बड़े सुगंधित डाई अणुओं को सैंडविच बनाने के विचार की कल्पना की। शोधकर्ताओं झेजियांग वांग, चेन मा, और चूनियन जू ने पाया कि ये अणु खुद को कई तरह से गो शीट में बांधते हैं, जिसमें एक अणु को दूसरे पर ढेर करना भी शामिल है। इसका परिणाम गो शीट के बीच "गैलरी" रिक्त स्थान का निर्माण था, जिसमें डाई अणुओं को "स्तंभ" के रूप में कार्य किया गया था। पानी के अणु आसानी से खंभों के बीच की संकरी जगहों से छानते हैं, जबकि पानी में मौजूद रसायन उनके आकार और आकार के आधार पर चुनिंदा रूप से अवरुद्ध होते हैं। शोधकर्ताओं ने झिल्ली microstructure खड़ी और बाद में धुन सकता है, उन्हें गैलरी की ऊंचाई और स्तंभों के बीच अंतरिक्ष की मात्रा दोनों को नियंत्रित करने की अनुमति देता है।
इसके बाद टीम ने भंग किए गए रसायनों वाले कई जल धाराओं के साथ गो नैनोफिल्ट्रेशन झिल्ली का परीक्षण किया और उच्च सांद्रता पर भी आकार और आकार से रसायनों को अस्वीकार करने के लिए झिल्ली की क्षमता दिखाई। अंत में, उन्होंने अपनी नई GO झिल्लियों को उन चादरों तक पहुँचाया जो कि 4 फीट तक की लंबाई की होती हैं और एक पेपर मिल से प्राप्त वास्तविक फीड स्ट्रीम में 750 घंटे से अधिक समय तक अपने ऑपरेशन का प्रदर्शन करती हैं।
नायर ने जीओ झिल्ली नैनोफिल्ट्रेशन की क्षमता के लिए पेपर मिल ऊर्जा उपयोग में लागत बचत उत्पन्न करने के लिए उत्साह व्यक्त किया, जो उद्योग की स्थिरता में सुधार कर सकता है। उन्होंने कहा, "ये झिल्ली पानी के पृथक्करण की ऊर्जा लागत में पेपर उद्योग को 30% से अधिक बचा सकती हैं।"
# # #
जॉर्जिया टेक लुग और कागज अनुप्रयोगों के लिए जीओ झिल्ली प्रौद्योगिकी को लागू करने के लिए अपने औद्योगिक भागीदारों के साथ काम करना जारी रखता है।
इस कार्य को यूएस डिपार्टमेंट ऑफ़ एनर्जी (डीओई) रैपिड एडवांसमेंट इन प्रोसेस इन्टेंसिफिकेशन डिप्लॉयमेंट (आरएपीआईडी) इंस्टीट्यूट (# DE-EE007888-5-5), जॉर्जिया-प्रशांत, अंतर्राष्ट्रीय पेपर, SAPPI, और WestRock से युक्त एक औद्योगिक संघ द्वारा समर्थित है। और जॉर्जिया टेक नवीकरणीय बायोप्रोडक्ट्स संस्थान। इस सामग्री में व्यक्त की गई कोई भी राय, निष्कर्ष और निष्कर्ष या सिफारिशें लेखक की हैं और प्रायोजक संगठनों के विचारों को प्रतिबिंबित नहीं करते हैं।
सीटेशन: झोंगजियांग वांग, एट अल।, "रियल्टी परिस्थितियों पर डिसेलिनेशन के लिए ग्राफीन ऑक्साइड नैनोफिल्ट्रेशन मेम्ब्रेन।" ()प्रकृति स्थिरता, 2021) https: /
http://rh.