जिओलाइट झिल्ली

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जिओलाइट मेम्ब्रेन कृत्रिम पदार्थ एलुमिनोसिलिकेट पदार्थ, सामान्यतः एल्यूमीनियम, सिलिकॉन और ऑक्सीजन से बनी एक कृत्रिम पदार्थ होती है, जिसकी संरचना में Na+ और Ca2+ जैसे धनात्मक प्रतिरोध होते हैं। इस प्रकार से जिओलाइट मेम्ब्रेन कम ऊर्जा पृथक्करण विधि के रूप में कार्य करती है। उन्होंने वर्तमान में अपनी उच्च रासायनिक और तापीय स्थिरता और अपनी उच्च चयनात्मकता के कारण रुचि आकर्षित की है।[1] वर्तमान में जिओलाइट्स का उपयोग वायुरूप द्रव्य, मेम्ब्रेन रिएक्टर, जल विलवणीकरण और ठोस अवस्था बैटरियों में देखा गया है।[2] अतः कम प्रवाह, उत्पादन की उच्च निवेश और कृत्रिम पदार्थ में दोषों सहित प्रमुख उद्देश के कारण वर्तमान में जिओलाइट मेम्ब्रेन को अभी तक व्यावसायिक रूप से व्यापक रूप से प्रयुक्त नहीं किया गया है।

उत्पादन विधियाँ

इस प्रकार से जिओलाइट मेम्ब्रेन के निर्माण के लिए अनेक विधियों का उपयोग किया जाता है।

अतः इन सीटू विधि में जिओलाइट मेम्ब्रेन को विभिन्न सामग्रियों, विशेष रूप से एल्यूमीनियम ऑक्साइड या स्टेनलेस स्टील के सूक्ष्म छिद्रों पर बनाया जाता है। फिर इन सपोर्टों को विशिष्ट स्तुईचिओमेटरी अनुपात में एल्यूमीनियम और सिलिकॉन के घोल में डुबोया जाता है। इस समाधान के अन्य कारक जिओलाइट मेम्ब्रेन के निर्माण को प्रभावित कर सकते हैं जिसमे यह सम्मिलित हैं: पीएच, आयनिक गुण, तापमान, और संरचना-निर्धारण अभिकर्मकों का जोड़ है। इस प्रकार से घोल को गर्म करने पर, समर्थन पर मेम्ब्रेन के क्रिस्टल बढ़ने लगते हैं।

चूंकि 2012 में, जिओलाइट मेम्ब्रेन का उत्पादन करने के लिए "बीजिंग विधि" विकसित की गई थी। इस स्तिथि में, समाधान में डुबोने से पूर्व, समर्थन को पूर्वनिर्मित जिओलाइट क्रिस्टल के साथ प्रयुक्त किया जाता है। इस प्रकार से क्रिस्टल उपस्तिथ संरचनाओं की मेम्ब्रेन को विकसित करके पतली मेम्ब्रेन के निर्माण की अनुमति देते हैं जिनमें सामान्यतः कम दोष होते हैं।[3]

गुण

इस प्रकार से जिओलाइट मेम्ब्रेन ने अपनी उच्च तापीय और रासायनिक स्थिरता के कारण पृथक्करण विधि के रूप में प्रारंभिक रुचि को आकर्षित किया है। जिओलाइट मेम्ब्रेन की क्रिस्टल संरचना भी लगभग .3-1.3 एनएम व्यास का समान छिद्र आकार बनाती है। जिओलाइट्स की क्रिस्टल संरचना भी अनेक दोषों की उपस्थिति का कारण बनती है, जो प्रायः इन छिद्रों से उच्च संरचना में अंतराल की उत्पत्ति कर सकती है। दोषों की उपस्थिति इन मेम्ब्रेन को अधिक कम प्रभावी बना सकती है, और दोष मुक्त जिओलाइट मेम्ब्रेन का उत्पादन करना कठिन है। [4]

किन्तु परिवहन के अनेक तंत्र हैं जो की जिओलाइट मेम्ब्रेन द्वारा अणुओं के पृथक्करण को नियंत्रित करते हैं। जिओलाइट मेम्ब्रेन द्वारा पृथक्करण के मुख्य तंत्र आणविक छनाई, प्रसार और विसरणवृत्त हैं। आणविक छानने में मेम्ब्रेन के छिद्र आकार से अधिक आकार के किसी भी अणु को अस्वीकार करना सम्मिलित है। यह अपेक्षाकृत सरल छानने की प्रक्रिया है जो अधिक उच्च अणुओं को अलग कर सकती है। तत्पश्चात अधिशोषण में मेम्ब्रेन के छिद्रों से निकलने वाले अणु मेम्ब्रेन की सतह पर अधिशोषित होते हैं। और मेम्ब्रेन के विभिन्न संरचनात्मक गुणों को समायोजित करके मेम्ब्रेन के अवशोषित गुणों में परिवर्तन किया जा सकता है। [5]

इस प्रकार से पृष्ठ विसरण ऐसी प्रक्रिया है जिसमें अणु मेम्ब्रेन की छिद्र दीवार में अधिशोषित कर लेते हैं, और धीरे-धीरे छिद्रों के माध्यम से स्थानांतरित हो जाते हैं। सतह प्रसार के समय , उच्च दर पर अवशोषित वाले अणु अन्य, कम अवशोषित वाले अणुओं से मेम्ब्रेन छिद्रों को अवरुद्ध करना प्रारंभ कर सकते हैं। सतही प्रसार जिओलाइट मेम्ब्रेन द्वारा हाइड्रोजन जैसे कुछ अणुओं की उच्च चयनात्मकता का कारण बन सकता है। [6] सतही प्रसार सामान्यतः कम तापमान पर अणुओं के परिवहन में उच्च भूमिका निभाता है।

नुडसेन प्रसार भी विभिन्न अणुओं के प्रति जिओलाइट मेम्ब्रेन की अलग-अलग चयनात्मकता में योगदान देता है। नुडसेन प्रसार तब होता है जब अणु क्षण भर के लिए छिद्र की दीवार पर अवशोषित हो जाते हैं और फिर सतह से यादृच्छिक दिशा में परावर्तित हो जाते हैं। यह यादृच्छिक गति अणुओं को उनके वेग के आधार पर अलग करने की अनुमति देती है। प्रसार के लिए ग्राहम का नियम बताता है कि हल्के अणुओं का औसत वेग भारी अणुओं की तुलना में अधिक होगा, जिसके परिणामस्वरूप हल्के अणुओं के संबंध में प्रवाह में वृद्धि होती है। फ्लक्स में इन अंतरों का उपयोग जिओलाइट मेम्ब्रेन का उपयोग करके विभिन्न अणुओं को अलग करने के लिए किया जा सकता है। [3]

अनुप्रयोग

गैस पृथक्करण

गैस पृथक्करण अनुप्रयोगों के संबंध में जिओलाइट मेम्ब्रेन में सबसे अधिक संभावनाएं देखी गई हैं। अलग-अलग परिस्थितियों में इसकी सतह पर कुछ अणुओं को अवशोषित की जिओलाइट मेम्ब्रेन की क्षमता शोधकर्ताओं को अत्यधिक चयनात्मक पृथक्करण करने की अनुमति देती है। अधिशोषित अणु प्रसार छिद्रों को अवरुद्ध करते हैं, और इन छिद्रों के माध्यम से अन्य अणुओं के प्रसार को रोकते हैं। जिओलाइट्स सामान्यतः कार्बन डाइऑक्साइड को उच्चतम सतह पर अवशोषित करते हैं, जिससे वह कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ने और अलग करने में उपयोग करने के लिए तैयार हो जाते हैं। प्रसार चयनात्मकता उच्च तापमान पर जिओलाइट मेम्ब्रेन में अणुओं के पृथक्करण को नियंत्रित करती है। प्रसार चयनात्मकता मेम्ब्रेन के माध्यम से छोटे अणुओं के त्वरित प्रसार और मेम्ब्रेन के छिद्रों के माध्यम से उच्च अणुओं के धीरे प्रसार की अनुमति देती है। [6]

प्राकृतिक गैस उद्योग ने मीथेन, कार्बन डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन गैसों को अलग करने के लिए जिओलाइट मेम्ब्रेन का प्रारंभिक रूप देखा गया है। सामान्यतः इन उद्देश्यों के लिए उपयोग की जाने वाली पॉलिमर मेम्ब्रेन की तुलना में जिओलाइट्स थर्मल स्थिरता और उच्च चयनात्मकता का लाभ प्रदान करते हैं।[7] जिओलाइट मेम्ब्रेन के उत्पादन में अभी भी सुधार की आवश्यकता है, विशेष रूप से निवेश के संबंध में, इससे पूर्व कि उनका व्यापक उपयोग किया जाता है।

मेम्ब्रेन रिएक्टर

इस प्रकार से जिओलाइट मेम्ब्रेन का उपयोग मेम्ब्रेन रिएक्टरों में भी किया गया है, क्योंकि उनकी रासायनिक और थर्मल स्थिरता उन्हें प्रतिक्रिया स्थितियों का सामना करने की अनुमति देती है। मेम्ब्रेन रिएक्टर प्रतिक्रिया होने पर प्रतिक्रिया के उत्पाद को हटाकर कार्य करते हैं। यह निष्कासन अधिक उत्पादों के निर्माण की अनुमति देने के लिए प्रतिक्रिया के संतुलन को परिवर्तित कर देती है, जैसा कि ले चैटेलियर के सिद्धांत द्वारा अधिक कुशल प्रतिक्रिया प्रक्रिया बनाने के लिए रेखांकित किया गया है। जिसकी जिओलाइट मेम्ब्रेन की उच्च चयनात्मकता उन्हें उच्च दर पर रिएक्टर से उत्पादों को निकालने के लिए उपयोग करने की अनुमति देती है। [8]

जल विलवणीकरण

अतः जिओलाइट मेम्ब्रेन का वर्तमान में ऊर्जा कुशल जल विलवणीकरण के विकल्प के रूप में अध्ययन किया गया है। वर्तमान में जल का विलवणीकरण मुख्य रूप से विपरीत परासरण निस्पंदन द्वारा किया जाता है जो की जल को शुद्ध करने के लिए घने बहुलक मेम्ब्रेन का उपयोग करता है। इस प्रकार से जिओलाइट मेम्ब्रेन का वैकल्पिक जल शोधन विधि के रूप में परीक्षण किया गया है, और यह जल को अशुद्धियों से अलग करने में सक्षम होते हैं। और जिओलाइट्स को मुख्य रूप से पारंपरिक रिवर्स ऑस्मोसिस मेम्ब्रेन की तुलना में उनकी उच्च निवेश के कारण औद्योगिक जल विलवणीकरण उद्देश्यों के लिए प्रयुक्त नहीं किया गया है। [9]

संदर्भ

  1. ↑ Shehu, Habiba; Okon, Edidiong; Orakwe, Ifeyinwa; Gobina, Edward (2018-06-27). एल्युमिना सपोर्ट पर जिओलाइट झिल्ली के माध्यम से गैस परिवहन का डिजाइन और मूल्यांकन (in English). IntechOpen. ISBN 978-1-78923-343-8.
  2. ↑ Algieri, Catia; Drioli, Enrico (2021-12-01). "Zeolite membranes: Synthesis and applications". Separation and Purification Technology (in English). 278: 119295. doi:10.1016/j.seppur.2021.119295. ISSN 1383-5866.
  3. ↑ 3.0 3.1 Baker, Richard W. (2012). झिल्ली प्रौद्योगिकी और अनुप्रयोग (3rd ed.). Chichester, West Sussex: John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-35971-6. OCLC 785390224.
  4. ↑ Yu, Miao; Noble, Richard; Falconer, John (August 2, 2011). "Zeolite Membranes: Microstructure Characterization and Permeation Mechanisms". ACS Publications. Retrieved April 19, 2023.
  5. ↑ Vaezi, Mohammad; Elyasi, Mahdi; Beiragh, Masoud; Babaluo (July 2019). "परिवहन तंत्र और माइक्रोपोरस जिओलाइट झिल्ली की मॉडलिंग". ResearchGate. Retrieved April 19, 2023.
  6. ↑ 6.0 6.1 Kosinov, Nikolay; Gascon, Jorge; Kapteijn, Freek; Hensen, Emiel J. M. (2016-02-01). "गैस पृथक्करण के लिए जिओलाइट झिल्लियों में हालिया विकास". Journal of Membrane Science (in English). 499: 65–79. doi:10.1016/j.memsci.2015.10.049. ISSN 0376-7388.
  7. ↑ Sinaei Nobandegani, Mojtaba; Yu, Liang; Hedlund, Jonas (2022-10-15). "Zeolite membrane process for industrial CO2/CH4 separation". Chemical Engineering Journal (in English). 446: 137223. doi:10.1016/j.cej.2022.137223. ISSN 1385-8947.
  8. ↑ Wenten, I. G.; Khoiruddin, K.; Mukti, R. R.; Rahmah, W.; Wang, Z.; Kawi, S. (2021-03-09). "Zeolite membrane reactors: from preparation to application in heterogeneous catalytic reactions". Reaction Chemistry & Engineering (in English). 6 (3): 401–417. doi:10.1039/D0RE00388C. ISSN 2058-9883.
  9. ↑ Fard, Ahmad; McKay, Gordon; Buekenhoudt, Anita; Salati, Huda; Motmans, Filip; Khraisheh, Marwan; Atieh, Muataz (January 2018). "Inorganic Membranes: Preparation and Application for Water Treatment and Desalination". Retrieved April 19, 2023.
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