चीनी शोधकर्ताओं ने मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क का उपयोग करके पानी से रेडियोधर्मी ट्राइटियम को साफ करने की एक विधि विकसित की है। इस सामग्री को सफाई कॉलम में शामिल करने से सतह क्षेत्र में 32 गुना वृद्धि हुई और पृथक्करण की दक्षता सात गुना से अधिक बढ़ गई। अध्ययन के परिणाम 'एनवायर्नमेंटल साइंस एंड टेक्नोलॉजी' पत्रिका में प्रकाशित किए गए हैं।
ट्राइटियम का खतरा और सफाई के तरीके
ट्राइटियम हाइड्रोजन का एक रेडियोधर्मी आइसोटोप है जिसका अर्ध-जीवन 12.3 वर्ष है। यह ब्रह्मांडीय किरणों के प्रभाव में वातावरण में बनता है, साथ ही परमाणु रिएक्टरों की गतिविधियों का भी उत्पाद है। अन्य प्रदूषकों के विपरीत, ट्राइटियम सीधे पानी के अणुओं में एकीकृत हो जाता है, जिससे प्रोट्राइटियम जल (HTO) बनता है। यह पानी सामान्य पानी से लगभग अप्रभेद्य होता है और उसके साथ स्वतंत्र रूप से मिश्रित हो जाता है, जो HTO को पारिस्थितिक तंत्र और मनुष्यों दोनों के लिए अत्यधिक खतरनाक बनाता है।
आजकल ट्राइटियम को हटाने का सबसे आम तरीका आसवन (rectification) है। इसमें मिश्रण को विशेष आसवन स्तंभों पर कई बार वाष्पीकरण और संघनन प्रक्रियाओं से गुजारा जाता है। चूंकि HTO अणु का क्वथनांक और द्रव्यमान सामान्य पानी की तुलना में थोड़ा अधिक होता है, यह प्रत्येक चक्र के साथ धीरे-धीरे केंद्रित होता जाता है। हालांकि, इन पदार्थों के बीच मामूली अंतर के कारण, पृथक्करण प्रक्रिया में बहुत समय लगता है और इसके लिए महत्वपूर्ण ऊर्जा खर्च होती है।
चीनी वैज्ञानिकों का नवाचार
सुझोउ विश्वविद्यालय के शियाओ वान के नेतृत्व में काम करने वाले चीनी सामग्री वैज्ञानिकों ने पृथक्करण की दक्षता में सुधार किया। उन्होंने आसवन कॉलम के धातु इंसर्ट्स पर मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क NH2-MIL-101(Cr) की एक पतली परत चढ़ाई। यह छिद्रपूर्ण सामग्री अपनी शाखित आंतरिक संरचना की विशेषता रखती है, जो न केवल वाष्प और तरल के बीच संपर्क सतह को बढ़ाती है, बल्कि हाइड्रोजन परमाणुओं के आदान-प्रदान में भी सक्रिय रूप से भाग लेती है।
फंक्शनल डेंसिटी थ्योरी मॉडलिंग का उपयोग करके किए गए अध्ययनों से पता चला कि NH2-MIL-101(Cr) में हाइड्रोजन परिवहन के दो तंत्र कार्य करते हैं: एक क्रोमियम क्लस्टरों के माध्यम से होता है, और दूसरा अमीनो समूहों (NH2-) के माध्यम से होता है। अमीनो समूह पानी के अणुओं के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, जिससे हाइड्रोजन बंधों का एक नेटवर्क बनता है, जिसके माध्यम से ट्राइटियम और हाइड्रोजन परमाणु तरल, वाष्प और सामग्री की सतह के बीच तेजी से स्थानांतरित हो सकते हैं। यह चरणों के बीच समस्थानिक पुनर्वितरण को तेज करता है और आसवन की दक्षता बढ़ाता है। लेखकों ने इस फ्रेमवर्क की तुलना अन्य समान संरचनाओं, जिसमें अमीनो समूहों के बिना MIL-101(Cr) शामिल है, से भी की, लेकिन NH2-MIL-101(Cr) ने सबसे अधिक दक्षता प्रदर्शित की।
परिणाम और अनुप्रयोग की संभावनाएं
NH2-MIL-101(Cr) के केवल 1.2 द्रव्यमान प्रतिशत के उपयोग से कॉलम के विशिष्ट सतह क्षेत्र में 32 गुना वृद्धि हुई - मूल 0.058 से बढ़कर 1.842 वर्ग मीटर प्रति ग्राम हो गया। यह सामग्री 270 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान का सामना कर सकती है और तीन सप्ताह के निरंतर संचालन के दौरान स्थिरता बनाए रखती है। शोधकर्ताओं ने इस बात पर जोर दिया कि यह तकनीक पहले से मौजूद आसवन उपकरणों के साथ संगत है और इसके लिए मौलिक रूप से नई सुविधाओं को लागू करने की आवश्यकता नहीं है। सफल पैमाने पर विस्तार की स्थिति में, यह विधि परमाणु ऊर्जा संयंत्रों से निकलने वाले कचरे के उपचार की प्रक्रिया को काफी सरल और सस्ता बना सकती है।
