जिओलाइट झिल्ली

जिओलाइट झिल्ली एक सिंथेटिक झिल्ली होती है जो क्रिस्टलीय एलुमिनोसिलिकेट सामग्री, आमतौर पर एल्यूमीनियम, सिलिकॉन और ऑक्सीजन से बनी होती है, जिसमें Na जैसे सकारात्मक गुण होते हैं।+और सीए2+संरचना के भीतर। ज़ीइलाइट झिल्ली कम ऊर्जा पृथक्करण विधि के रूप में कार्य करती है। उन्होंने हाल ही में अपनी उच्च रासायनिक और तापीय स्थिरता के कारण रुचि आकर्षित की है, और उनकी उच्च चयनात्मकता। वर्तमान में जिओलाइट्स का उपयोग गैस पृथक्करण, झिल्ली रिएक्टर, अलवणीकरण और ठोस-अवस्था बैटरी में किया गया है। कम प्रवाह, उत्पादन की उच्च लागत और क्रिस्टल संरचना में दोषों सहित प्रमुख मुद्दों के कारण वर्तमान में जिओलाइट झिल्ली को अभी तक व्यावसायिक रूप से व्यापक रूप से लागू नहीं किया गया है।

उत्पादन विधियाँ
जिओलाइट झिल्लियों के निर्माण के लिए कई विधियों का उपयोग किया जाता है।

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

2012 में, जिओलाइट झिल्ली का उत्पादन करने के लिए एक "बीजिंग विधि" विकसित की गई थी। इस मामले में, समाधान में डुबोने से पहले, समर्थन को पूर्वनिर्मित जिओलाइट क्रिस्टल के साथ बोया जाता है। ये क्रिस्टल मौजूदा संरचनाओं की झिल्लियों को विकसित करके पतली झिल्लियों के निर्माण की अनुमति देते हैं जिनमें आम तौर पर कम दोष होते हैं।

गुण
जिओलाइट झिल्लियों ने अपनी उच्च तापीय और रासायनिक स्थिरता के कारण पृथक्करण विधि के रूप में प्रारंभिक रुचि आकर्षित की। जिओलाइट झिल्लियों की क्रिस्टल संरचना भी लगभग .3-1.3 एनएम व्यास का एक समान छिद्र आकार बनाती है। जिओलाइट्स की क्रिस्टल संरचना भी कई दोषों की उपस्थिति का कारण बनती है, जो अक्सर इन छिद्रों से बड़ी संरचना में अंतराल पैदा कर सकती है। दोषों की उपस्थिति इन झिल्लियों को बहुत कम प्रभावी बना सकती है, और दोष मुक्त जिओलाइट झिल्लियों का उत्पादन करना मुश्किल है। परिवहन के कई तंत्र हैं जो जिओलाइट झिल्ली द्वारा अणुओं के पृथक्करण को नियंत्रित करते हैं। जिओलाइट झिल्ली द्वारा पृथक्करण के मुख्य तंत्र आणविक छनाई, प्रसार और सोखना हैं। आणविक छानने में झिल्ली के छिद्र आकार से अधिक आकार के किसी भी अणु को अस्वीकार करना शामिल है। यह एक अपेक्षाकृत सरल छानने की प्रक्रिया है जो बहुत बड़े अणुओं को अलग कर सकती है। अधिशोषण में झिल्ली के छिद्रों से गुजरने वाले अणु झिल्ली की सतह पर अधिशोषित होते हैं। झिल्ली के विभिन्न संरचनात्मक गुणों को समायोजित करके झिल्ली के सोखने के गुणों को बदला जा सकता है। सतही प्रसार एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें अणु झिल्ली की छिद्र दीवार में सोख लेते हैं, और धीरे-धीरे छिद्रों के माध्यम से स्थानांतरित हो जाते हैं। सतह प्रसार के दौरान, उच्च दर पर सोखने वाले अणु अन्य, कम सोखने वाले अणुओं से झिल्ली छिद्रों को अवरुद्ध करना शुरू कर सकते हैं। सतही प्रसार जिओलाइट झिल्लियों द्वारा हाइड्रोजन जैसे कुछ अणुओं की उच्च चयनात्मकता का कारण बन सकता है। सतही प्रसार आम तौर पर कम तापमान पर अणुओं के परिवहन में एक बड़ी भूमिका निभाता है।

नुडसेन प्रसार भी विभिन्न अणुओं के प्रति जिओलाइट झिल्ली 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 होगी। फ्लक्स में इन अंतरों का उपयोग जिओलाइट झिल्ली का उपयोग करके विभिन्न अणुओं को अलग करने के लिए किया जा सकता है।

गैस पृथक्करण
गैस पृथक्करण अनुप्रयोगों के संबंध में जिओलाइट झिल्लियों में सबसे अधिक संभावनाएं देखी गई हैं। अलग-अलग परिस्थितियों में इसकी सतह पर कुछ अणुओं को सोखने की जिओलाइट झिल्लियों 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 आमतौर पर कार्बन डाइऑक्साइड को उच्चतम दर पर अवशोषित करते हैं, जिससे वे कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ने और अलग करने में उपयोग करने के लिए तैयार हो जाते हैं। प्रसार चयनात्मकता उच्च तापमान पर जिओलाइट झिल्ली में अणुओं के पृथक्करण को नियंत्रित करती है। प्रसार चयनात्मकता झिल्ली के माध्यम से छोटे अणुओं के त्वरित प्रसार और झिल्ली के छिद्रों के माध्यम से बड़े अणुओं के धीमे प्रसार की अनुमति देती है।

प्राकृतिक गैस उद्योग ने मीथेन, कार्बन डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन गैसों को अलग करने के लिए जिओलाइट झिल्ली की शुरूआत देखी है। आमतौर पर इन उद्देश्यों के लिए उपयोग की जाने वाली पॉलिमर झिल्ली की तुलना में जिओलाइट्स थर्मल स्थिरता और उच्च चयनात्मकता का लाभ प्रदान करते हैं। जिओलाइट झिल्लियों के उत्पादन में अभी भी सुधार की आवश्यकता है, विशेष रूप से लागत के संबंध में, इससे पहले कि उनका व्यापक उपयोग हो।

झिल्ली रिएक्टर
जिओलाइट झिल्ली का उपयोग झिल्ली रिएक्टरों में भी किया गया है, क्योंकि उनकी रासायनिक और थर्मल स्थिरता उन्हें प्रतिक्रिया स्थितियों का सामना करने की अनुमति देती है। झिल्ली 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 बदल देता है, जैसा कि ले चैटेलियर के सिद्धांत द्वारा अधिक कुशल प्रतिक्रिया प्रक्रिया बनाने के लिए रेखांकित किया गया है। जिओलाइट झिल्लियों की उच्च चयनात्मकता उन्हें उच्च दर पर रिएक्टर से उत्पादों को निकालने के लिए उपयोग करने की अनुमति देती है।

जल अलवणीकरण
जिओलाइट झिल्लियों का हाल ही में ऊर्जा कुशल जल अलवणीकरण के विकल्प के रूप में अध्ययन किया गया है। वर्तमान में पानी का अलवणीकरण मुख्य रूप से विपरीत परासरण निस्पंदन द्वारा किया जाता है जो पानी को शुद्ध करने के लिए एक घने बहुलक झिल्ली का उपयोग करता है। जिओलाइट झिल्लियों का एक वैकल्पिक जल शोधन विधि के रूप में परीक्षण किया गया है, और ये पानी को अशुद्धियों से अलग करने में सक्षम हैं। जिओलाइट्स को मुख्य रूप से पारंपरिक रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली की तुलना में उनकी उच्च लागत के कारण औद्योगिक जल अलवणीकरण उद्देश्यों के लिए लागू नहीं किया गया है।