বর্জ্য বুলরাশ রূপান্তরিত হলো রঞ্জক অপসারণের জন্য তামা-সমৃদ্ধ উপাদানে

বুলরাশ, একটি দ্রুত বর্ধনশীল জলাভূমি উদ্ভিদ যা প্রায়শই উপদ্রব হিসেবে বিবেচিত হয়, শিল্প জল পরিশোধনে অপ্রত্যাশিত দ্বিতীয় জীবন পেতে পারে। জাপানের দোশিশা বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি গবেষণা দল উদ্ভিদটির কৃষি বর্জ্যকে তামা-সমৃদ্ধ কার্বন উপাদানে রূপান্তর করার একটি পদ্ধতি তৈরি করেছে, যা বর্জ্য জল থেকে কৃত্রিম রঞ্জক বের করে আনতে পারে — এবং এটি অনেক তুলনীয় পদ্ধতির প্রয়োজনীয় বিপজ্জনক রাসায়নিক বিজারক ছাড়াই করে।

জার্নাল অব এনভায়রনমেন্টাল কেমিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং-এ প্রকাশিত এই কাজটি পরিচালনা করেন এমইএক্সটি স্কলার ও পিএইচডি শিক্ষার্থী আসিফ আলী, সঙ্গে ছিলেন বিশ্ববিদ্যালয়ের গ্র্যাজুয়েট স্কুল অব সায়েন্স অ্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং-এর অ্যাপ্লাইড কেমিস্ট্রি বিভাগের অধ্যাপক মিচিয়াকি মাতসুমোতো ও অধ্যাপক ইয়োশিরো তাহারা। তাদের লক্ষ্য শিল্প দূষণের অন্যতম একগুঁয়ে শ্রেণি।

শিল্প বর্জ্য জলে একটি দীর্ঘস্থায়ী সমস্যা

টেক্সটাইল উৎপাদন, কাগজ উৎপাদন, চামড়া প্রক্রিয়াকরণ ও খাদ্য প্রক্রিয়াকরণ — সবই কৃত্রিম রঞ্জকযুক্ত বর্জ্য জল তৈরি করে। এসব যৌগের অনেকগুলো রাসায়নিকভাবে স্থিতিশীল, জৈব-অবক্ষয় প্রতিরোধী এবং পরিবেশে দীর্ঘকাল টিকে থাকে, যার অর্থ নদী, হ্রদ ও উপকূলীয় জলে পৌঁছালে এগুলো জলজ বাস্তুতন্ত্র ও মানবস্বাস্থ্যের জন্য ঝুঁকি তৈরি করতে পারে।

শিল্প যা উৎপাদন করে এবং প্রকৃতপক্ষে যা পরিশোধন করে তার মধ্যে ব্যবধান যথেষ্ট বড়। আলী উদ্দেশ্যটি স্পষ্টভাবে তুলে ধরে বলেন, উদ্বেগজনকভাবে ২০% বিষাক্ত, অবাধ্য টেক্সটাইল বর্জ্য জল পরিশোধন ছাড়াই নিঃসৃত হয়। এই অপরিশোধিত অংশটিই এমন জায়গা যেখানে কম খরচের, শক্তিশালী পরিশোধন প্রযুক্তি সবচেয়ে বড় পরিবর্তন আনতে পারে — বিশেষত এমন অঞ্চলে যেখানে উন্নত পরিশোধন زیرকাঠামো নেই বা সাশ্রয়ী নয়।

বিষয়টি আরও জটিল করে তোলে যে, কোনো একক পরিশোধন পদ্ধতি সর্বজনীনভাবে কাজ করে না। রঞ্জকের রসায়ন, প্রক্রিয়াজাত তন্তু এবং ব্যবহৃত সহায়ক রাসায়নিকের ওপর নির্ভর করে বর্জ্য জলের গঠন ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হয়, তাই নিঃসরণের মান পূরণে কারখানাগুলোকে প্রায়ই কয়েকটি পরিশোধন পর্যায় একত্র করতে হয়।

প্রচলিত পদ্ধতিগুলো কেন সংগ্রাম করে

জল থেকে রঞ্জক অপসারণের বিদ্যমান বিকল্পগুলোর প্রত্যেকটির নিজস্ব পরিচালনাগত বোঝা রয়েছে। গবেষকরা কয়েকটি সুপ্রতিষ্ঠিত শ্রেণি ও তাদের সীমাবদ্ধতার দিকে ইঙ্গিত করেন:

• ঝিল্লি পৃথকীকরণ — রঞ্জক অণু প্রত্যাখ্যানে কার্যকর, তবে ফাউলিংয়ের ঝুঁকিপূর্ণ এবং রক্ষণাবেক্ষণ ব্যবস্থা ও শক্তি সরবরাহের ওপর নির্ভরশীল।
• উন্নত জারণ — অবাধ্য যৌগ ভাঙতে সক্ষম, তবুও শক্তি-নিবিড় এবং এমন গৌণ পণ্য তৈরি করতে পারে যেগুলোর নিজেদেরই মনোযোগ প্রয়োজন।
• বাণিজ্যিক সক্রিয় কার্বনে শোষণ — একটি প্রমাণিত ও ব্যাপকভাবে কার্যকর পথ, তবে উপাদানটি উৎপাদনে ব্যয়বহুল এবং পুনরুৎপাদনেও ব্যয়বহুল, যা উচ্চ-পরিমাণ, কম-মার্জিন কার্যক্রমে এর আকর্ষণ ক্ষয় করে।

ধাতু-পরিবর্তিত কার্বন শোষক সাধারণ সক্রিয় কার্বনের চেয়ে বেশি কর্মক্ষমতা বাড়ানোর একটি উপায় দেয়, তবে রসায়ন প্রায়ই আরেকটি সমস্যা নিয়ে আসে: অনেক পরিবর্তন পথ অতিরিক্ত রাসায়নিক বিজারকের ওপর নির্ভর করে, যা প্রক্রিয়ায় খরচ, পরিচালনা ঝুঁকি ও বর্জ্য প্রবাহ যোগ করে। সেই রাসায়নিক বোঝা কমানোই দোশিশা দলের কেন্দ্রীয় নকশা লক্ষ্য ছিল।

একটি উপদ্রব আগাছা থেকে শোষক তৈরি

পরিশোধিত কার্বন কাঁচামাল থেকে শুরু না করে গবেষকরা কৃষির অবশিষ্টাংশের দিকে তাকান। বুলরাশ — যা বুলরাশ নামেও লেখা হয় — একটি টেকসই কার্বন পূর্বসূরি হিসেবে নির্বাচিত হয়, যা জলপথ ও নিষ্কাশন খাল সাধারণত আটকে দেওয়া একটি উদ্ভিদকে মূল্যবান কাঁচামালে পরিণত করে।

একধাপে কো-পাইরোলাইসিস পথ

দলটির পদ্ধতি হলো এক-পাত্রে, একধাপে কো-পাইরোলাইসিস, যেখানে উদ্ভিদ বায়োমাসকে তামার পূর্বসূরি, কপার(II) নাইট্রেট ট্রাইহাইড্রেট এবং পটাশিয়াম হাইড্রোক্সাইড (KOH) এর সঙ্গে একসঙ্গে উত্তপ্ত করা হয়। আলাদা বিজারণ পর্যায়ের প্রয়োজন না করে এই সংমিশ্রণ সরাসরি উৎপন্ন বায়োচার ধারকে শূন্য-যোজ্যতা তামার ন্যানোকণার ইন সিটু বৃদ্ধি চালায়। পণ্যটিকে ZVCu@BAC কম্পোজিট হিসেবে বর্ণনা করা হয় — বায়োচার সক্রিয় কার্বন কাঠামোতে সংযুক্ত শূন্য-যোজ্যতা তামা।

স্থানেই ধাতব, শূন্য-যোজ্যতা তামা উৎপন্ন করার তাৎপর্য হলো এটি ধাতু-পরিবর্তন প্রোটোকলের সাধারণত প্রয়োজনীয় আলাদা রাসায়নিক বিজারণ ধাপ এড়িয়ে যায়। তামা সেখানেই তৈরি হয় যেখানে প্রয়োজন, কার্বন পৃষ্ঠে, একই তাপীয় প্রক্রিয়ার অংশ হিসেবে যা বায়োমাসকে শোষকে রূপান্তরিত করে।

একটি উভয়ধর্মী পৃষ্ঠ

উৎপন্ন উপাদানটিকে উভয়ধর্মী শোষক হিসেবে চিহ্নিত করা হয় — যার পৃষ্ঠ রসায়ন একাধিক প্রক্রিয়ার মাধ্যমে রঞ্জক অণুর সঙ্গে相互作用 করতে পারে। এটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ শিল্প রঞ্জক দূষণ একক রাসায়নিক সমস্যা নয়: রঞ্জক অণু বিভিন্ন আধান ও কার্যকরী গ্রুপ বহন করে, এবং যে শোষক ধনাত্মক ও ঋণাত্মক উভয় প্রজাতির সঙ্গে যুক্ত হতে পারে তা সংকীর্ণ শ্রেণির দূষকের জন্য তৈরি শোষকের চেয়ে স্বাভাবিকভাবেই বেশি বহুমুখী।

কম রাসায়নিক শর্তযুক্ত একটি সংশ্লেষণ পথ

পদ্ধতিটির আকর্ষণ তিনটি অভিসারী সুবিধার ওপর নির্ভর করে। প্রথমত, কাঁচামাল পরিশোধিত বাণিজ্যিক পূর্বসূরি নয় বরং বর্জ্য বায়োমাস, যা উপাদান খরচ কমায় এবং একটি সমস্যাযুক্ত উদ্ভিদকে উৎপাদনশীল ব্যবহার দেয়। দ্বিতীয়ত, পরিবর্তন রসায়ন বিপজ্জনক রাসায়নিক বিজারক এড়িয়ে যায়, পরিচালনা ঝুঁকি কমায় এবং প্রক্রিয়া ধারা সরল করে। তৃতীয়ত, সম্পূর্ণ রূপান্তর ইম্প্রেগনেশন, বিজারণ ও সক্রিয়করণের বহু-পর্যায় ক্রমের বদলে একক কো-পাইরোলাইসিস ধাপে ঘটে।

একসঙ্গে বিবেচনা করলে, এই বৈশিষ্ট্যগুলো এমন একটি শোষকের দিকে ইঙ্গিত করে যা বাণিজ্যিক সক্রিয় কার্বনের চেয়ে বেশি অনুকূল ব্যয় কাঠামোয় উৎপাদন — এবং সম্ভাব্যভাবে পুনরুৎপাদন — করা যেতে পারে, যা গবেষকরা ব্যাপক গ্রহণের মূল বাধা হিসেবে চিহ্নিত করেছেন।

বেঞ্চ উপাদান থেকে পরিশোধন কেন্দ্র পর্যন্ত

গবেষণাটি সংশ্লেষণ কৌশল প্রতিষ্ঠা করে এবং কম্পোজিটটিকে রঞ্জক-দূষিত জল পরিশোধনের প্রার্থী হিসেবে উপস্থাপন করে, তবে পরীক্ষাগারের শোষককে পূর্ণ-স্কেল ইউনিটে রূপান্তরের সঙ্গে এমন প্রশ্ন জড়িত যা যেকোনো উদীয়মান উপাদানকে শেষ পর্যন্ত উত্তর দিতে হবে। এর মধ্যে রয়েছে: মডেল রঞ্জক দ্রবণের বদলে প্রকৃত টেক্সটাইল বর্জ্য জলের সম্পূর্ণ বৈচিত্র্যে কম্পোজিটটি কেমন কাজ করে; বহু চক্রে এটি কত সহজে পুনরুৎপাদন ও পুনঃব্যবহার করা যায়; এবং উপাদানটির জীবনকালে তামার উপাদান কেমন আচরণ করে, যার মধ্যে ব্যবহার শেষে নিষ্পত্তি বা পুনরুদ্ধারও রয়েছে।

এই কাজের বৃহত্তর শিক্ষা পদ্ধতিগত। একটি আক্রমণাত্মক উদ্ভিদকে কার্বন সম্পদ হিসেবে বিবেচনা করে এবং ন্যানোকণা গঠনকে সেই একই তাপীয় ধাপে ভাঁজ করে যা ধারক তৈরি করে, দোশিশা দল এমন একটি টেমপ্লেট প্রদর্শন করে যা অন্যান্য বর্জ্য-বায়োমাস প্রবাহ সম্ভবত অনুসরণ করতে পারে।

কেন এটি গুরুত্বপূর্ণ

কৃত্রিম রঞ্জক থেকে জল দূষণ একটি বৈশ্বিক সমস্যা যার স্পষ্টভাবে স্থানীয় চরিত্র রয়েছে: টেক্সটাইল, চামড়া, কাগজ ও খাদ্য প্রক্রিয়াকরণের ক্লাস্টার যেখানেই কাজ করে সেখানেই এটি কেন্দ্রীভূত হয়, এবং সীমিত পরিশোধন ক্ষমতাসম্পন্ন অঞ্চলে এটি অসামঞ্জস্যপূর্ণভাবে প্রভাব ফেলে। তাই যে প্রযুক্তি তৈরি করা সস্তা, মোতায়েন করা সহজ এবং পরিচালনায় সহনশীল, সেগুলো কেবল ক্রমবর্ধমান উন্নতি নয় — সেগুলোই কাগজে বিদ্যমান পরিশোধন বিকল্প এবং বাস্তবে ব্যবহৃত হওয়ার মধ্যে পার্থক্য।

একটি জলাভূমি আগাছাকে তামা-কার্যকরী শোষকে পরিণত করা একা শিল্প বর্জ্য জল সমাধান করবে না। তবে এটি দেখায় যে উন্নত রঞ্জক অপসারণের বাধা — খরচ, রাসায়নিক জটিলতা, শক্তির চাহিদা — সমস্যাটির স্থির বৈশিষ্ট্য নয়। এগুলো প্রকৌশলগত সিদ্ধান্ত, এবং এই সিদ্ধান্তটি ভিন্নভাবে নেওয়া হয়েছিল।

এই নিবন্ধটি Phys.org-এর প্রতিবেদনের ওপর ভিত্তি করে। মূল নিবন্ধ পড়ুন।