नैनोफिल्टरेशन

नैनोफिल्टरेशन का उपयोग पानी को स्वच्छ और कीटाणुरहित करने के लिए किया जाता है।

सिंहावलोकन
नैनोफिल्टरेशन एक झिल्ली की तकनीक-पर आधारित विधि है जो नैनोमीटर आकार के छिद्रों का उपयोग करती है जिसके माध्यम से 10 नैनोमीटर से छोटे कण गुजरते हैं नैनोफिल्टरेशन झिल्ली में कण का आकार 1-10 नैनोमीटर तक का होता है जो माइक्रोफिल्ट्रेशन और अल्ट्राफिल्ट्रेशन के प्रयोग में छोटा होता है तथा विपरीत परासरण में उससे थोड़ा बड़ा होता है इसमें उपयोग की जाने वाली झिल्लियाँ मुख्य रूप से बहुत पतली बनाई जाती हैं कुछ उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में पॉलीथीन टैरीपिथालेट या धातु जैसे अल्युमीनियम सम्मिलित हैं लेकिन इसमें 1 से 106 छिद्र प्रति सेमी तक के आयाम के साथ विकास और आयाम के पीएच मान समय द्वारा नियंत्रित होते हैं ।

अनुप्रयोगों की सीमा
ऐतिहासिक रूप से आणविक पृथक्करण के लिए उपयोग की जाने वाली नैनोफिल्टरेशन तथा अन्य झिल्ली प्रौद्योगिकी पूरी तरह से जलीय घोल प्रणालियों पर लागू की गई थी नैनोफिल्टरेशन के मूल उपयोग जल उपचार और जल मृदुकरण थे नैनोफिल्टर स्केल बनाने वाले द्विसंयोजक आयनों जैसे सीए2+, एमजी2+ हैं नैनोफिल्टरेशन के अन्य उद्योगों जैसे दूध और जूस उत्पादन के साथ-साथ औषधीय दवा शुद्ध रसायन और स्वाद सुगंध उद्योगों में विस्तारित की गयी है।

फायदे और नुकसान
पानी को नरम करने की एक विधि के रूप में नैनोफिल्टरेशन के मुख्य लाभों में यह महत्वपूर्ण है कि कैल्शियम और मैगनीशियम आयनों को बनाए रखने की प्रक्रिया को छोटे जलसंयोजित एकल आयनों को पारित करते हुए सोडियम आयनों को बिना जोड़े निस्पंदन किया जाता है जैसा कि आयन परिवर्तक में प्रयोग किया जाता है तथा कई प्रक्रियाएं कमरे के तापमान जैसे आसवन पर संचालित नहीं होती हैं जो लगातार गर्म या ठंडा लागू होने पर प्रक्रिया की लागत को बहुत बढ़ा देती हैं तथा ऑणविक परमाणु को नैनोफिल्ट्रेशन से जोड़ा जाता है जिसे अधिकतर अलगाव विधि के अन्य रूपों के साथ सम्मिलित नहीं किया जाता है ये दो मुख्य लाभ हैं जो नैनोफिल्टरेशन से जुड़े हैं ये बड़ी मात्रा में प्रक्रिया करने और लगातार उत्पादों की धाराओं का उत्पादन करने में सक्षम होने के कारण नैनोफिल्टरेशन का बहुत अनुकूल लाभ है फिर भी नैनोफिल्टरेशन उद्योग में झिल्ली निस्पंदन का सबसे कम प्रयोग किया जाने वाला तरीका है क्योंकि झिल्ली छिद्रों का आकार केवल कुछ नैनोमीटर तक सीमित है तथा कुछ छोटा भी है तथा इसमें प्रतिलोम परासरण उपयोग किया जाता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन का उपयोग उन स्थितियों में भी किया जा सकता है जहां नैनोफिल्टरेशन का उपयोग किया जा सकता है क्योंकि यह अधिक पारंपरिक है सभी झिल्लियाँ तकनीक की तरह नैनोटेक्नोलॉजी से जुड़ी तथा उपयोग की जाने वाली झिल्ली की लागत और रखरखाव लिए हैं। नैनोफिल्टरेशन झिल्ली प्रक्रिया का एक महंगा हिस्सा है झिल्लियों की मरम्मत और प्रतिस्थापन कुल ठोस प्रवाह दर घटकों पर निर्भर है विभिन्न उद्योगों में उपयोग किए जा रहे नैनोफिल्टरेशन के साथ केवल प्रतिस्थापन आवृत्ति का अनुमान लगाया जा सकता है इसके कारण नैनोफिल्टरों को उनके प्रमुख उपयोग के होने से पहले या बाद में थोड़े समय के लिए बदल दिया जाता है।

डिजाइन और संचालन
झिल्लियों के औद्योगिक प्रयोगों के लिए सैकड़ों से हजारों वर्ग मीटर झिल्लियों की आवश्यकता होती है इसलिए उनके रखरखाव को कम करने के लिए एक कुशल तरीके की आवश्यकता होती है जब प्रमापीय में आवास की कम लागत वाली विधियों को प्राप्त किया गया तो झिल्ली व्यावसायिक रूप से कार्य करने लगी। तथा उन्हें एक समर्थन से रहने की जरूरत है जो झिल्ली के प्रदर्शन में बाधा डाले बिना एनएफ झिल्ली को संचालित करने के लिए आवश्यक दबावों का सामना कर सके इसे प्रभावी ढंग से करने के लिए प्रमापीय झिल्ली को हटाने के लिए एक उचित प्रवाह की स्थिति प्रदान करने की आवश्यकता होती है जो एकाग्रता ध्रुवीकरण की घटना को कम करती है तथा एक अच्छी बनावट और पारगम्य पक्ष दोनों पर दबाव के नुकसान को कम करता है और इस प्रकार ऊर्जा आवश्यकताओं को कम करती है।

एकाग्रता ध्रुवीकरण
एकाग्रता ध्रुवीकरण झिल्ली की सतह के करीब बनाए रखने वाली प्रजातियों के संचय का वर्णन करता है जो पृथक्करण क्षमताओं को कम करता है ऐसा इसलिए होता है क्योंकि कण विलायक के साथ झिल्ली की ओर संवहन कर रहे हैं और इसका परिमाण विलायक प्रवाह के कारण होने वाले इस संवहन और सांद्रता प्रवणता मुख्य रूप से प्रसार के कारण झिल्ली से दूर कण परिवहन के बीच संतुलन में है जबकि ध्रुवीकरण तथा प्रतिवर्ती यह झिल्ली दूषण का कारण बन सकती है।

सर्पिल घाव प्रमापीय
सर्पिल घाव प्रमापीय

सर्पिल घाव प्रमापीय की सबसे अधिक प्रयोग की जाने वाली शैली है और मानकीकृत बनावट हैं जो मानक दबाव वाहिकाओं को फिट करने के लिए मानक व्यास की एक श्रृंखला में उपलब्ध हैं जो ओ वलय से जुड़ी श्रृंखला में कई बनावट रख सकते हैं प्रमापीय एक केंद्रीय ट्यूब के चारों ओर लिपटे फ्लैट शीट का उपयोग करता है झिल्लियों को पत्ते बनाने के लिए अनुमति समन्वयात्मक के ऊपर तीन किनारों से चिपकाया जाता है। समन्वयात्मक झिल्ली का समर्थन करता है और केंद्रीय अनुमति ट्यूब में ले जाता है प्रत्येक पत्ती के बीच एक जाल डाला जाता है एक बार केंद्रीय ट्यूब के चारों ओर पत्तियों को लपेटने के बाद प्रमापीय को एक आवरण परत में लपेटा जाता है और टेलीस्कोपिंग को रोकने के लिए सिलेंडर के अंत में रखा जाता है जो उच्च प्रवाह दर और दबाव की स्थिति में हो जाता है।

नलीदार प्रमापन
नलीदार प्रमापन के अंदर झिल्ली की सक्रिय सतह के साथ तथा ट्यूबों के बंडलों के साथ खोल और ट्यूब गर्म परिवर्तक के समान दिखते हैं ट्यूबों के माध्यम से प्रवाह सामान्य रूप से अशांति बढ़ाता है ट्यूब या तो स्व-सहायक हो सकते हैं या छिद्रित धातु ट्यूबों में सम्मिलन द्वारा समर्थित हो सकते हैं यह प्रमापीय बनावट नैनोफिल्टरेशन के लिए दबाव द्वारा सीमित है जिसे वे फटने से पहले झेल सकते हैं तथा अधिकतम प्रवाह को सीमित कर सकते हैं अशांत प्रवाह की उच्च ऊर्जा परिचालन लागत और सीमित दबाव दोनों के कारण नलीदार प्रमापन व अनुप्रयोगों के लिए अधिक अनुकूल हैं जहां वे कण प्रदूषित होते हैं जैसे कि फाइन प्रक्रिया में पीने के पानी को प्राप्त करने के लिए कच्चे पानी को छानना तथा झिल्ली को चुभने वाली तकनीक के माध्यम से आसानी से साफ किया जा सकता है ।

फ्लक्स बढ़ाने की रणनीतियाँ
ये रणनीतियाँ सघनता ध्रुवीकरण और दूषण के परिमाण को कम करने के लिए काम करती हैं तथा उपलब्ध तकनीकों की एक श्रृंखला है जबकि सर्पिल घाव प्रमापव में वर्णित है कि सभी रणनीतियाँ द्रव गतिकी को बढ़ाकर और झिल्ली की सतह के पास प्रवाह में एक उच्च द्रव उत्पन्न करके काम करती हैं इनमें से कुछ रणनीतियां प्रवाह की दर को स्पंदित करती हैं।

प्रदर्शन पैरामीटर
आवेशित और अनावेशित विलेय दोनों की अवधारण और पारगम्य माप को प्रदर्शन मापदंडों में वर्गीकृत किया जा सकता है क्योंकि एक झिल्ली की प्राकृतिक परिस्थितियों में प्रदर्शन झिल्ली के माध्यम से बनाए गए पारगम्य विलेय के अनुपात पर आधारित होता है।

आवेशित विलेय के लिए झिल्ली के पास लवण का आयनिक वितरण एक झिल्ली की अवधारण विशेषता को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है यदि झिल्ली का आवेश और फिल्टर किए जाने वाले घोल की संरचना और सांद्रता ज्ञात हो तो विभिन्न लवणों का वितरण पाया जा सकता है। यह बदले में झिल्ली के ज्ञात आवेश और डोनन संतुलन के साथ जोड़ा जा सकता है तथा उस झिल्ली के प्रतिधारण विशेषताओं की भविष्यवाणी करने के लिए गिब्स-डोनन प्रभाव सम्मिलित है। ।

अनावेशित विलेय को केवल आण्विक भार द्वारा अभिलक्षित नहीं किया जा सकता है जबकि सामान्य रूप से आण्विक भार या विलेय के आकार में वृद्धि से प्रतिधारण में वृद्धि होती है।चार्ज और संरचना के विलेय का पीएच प्रतिधारण विशेषताओं को प्रभावित करता है।

आकृति विज्ञान पैरामीटर
एक झिल्ली की आकृति विज्ञान को माइक्रोस्कोपी द्वारा स्थापित किया जाता है।परमाणु बल माइक्रोस्कोपी एएफएम की एक विधि है जिसका उपयोग झिल्ली की सतह के खुरदुरेपन को चिह्नित करने के लिए किया जाता है एक झिल्ली की सतह के आर-पार एक छोटा सा नुकीला सिरा पास करके और अंत में परमाणुओं के बीच परिणामी वैन डेर वाल के बल को मापता है नोक और सतह खुरदरापन और कोलाइडल दूषण के बीच सीधा संबंध विकसित करता है दूषण और अन्य आकार की मापदंडों के बीच सहसंबंध भी बनाता है जैसे कि हाइड्रोफोबिसिटी कि एक झिल्ली जितनी अधिक हाइड्रोफोबिक होती है उसके दूषण की संभावना उतनी ही कम होती है।

विलेय परिवहन और अस्वीकृति
बड़े और छोटे आकार वाली झिल्लियों के विपरीत नैनोफिल्ट्रेशन के माध्यम से विलेय का मार्ग काफी जटिल है जबकि

छिद्रों के आकार के कारण झिल्ली के माध्यम से विलेय के परिवहन के तीन तरीके इनमें सम्मिलित हैं विसरण सांद्रता संभावित ढाल के कारण अणु  झिल्ली के माध्यम से देखा जाता है

इसके अतिरिक्त नैनोफिल्टरेशन में बहिष्करण तंत्र निस्पंदन के अन्य रूपों की तुलना में अधिक जटिल हैं अधिकांश निस्पंदन प्रणालियां केवल आकार बहिष्करण द्वारा संचालित होती हैं लेकिन नैनोफिल्टरेशन में देखी जाने वाली छोटी लंबाई के पैमाने पर महत्वपूर्ण प्रभावों सतह आवेश और जलयोजन सम्मिलित हैं। जलयोजन के कारण बहिष्करण को परावैद्युत अपवर्जन के रूप में संदर्भित किया जाता है एक झिल्ली के भीतर विलयन में एक कण के साथ जुड़े परावैद्युत स्थिरांक तथा ऊर्जा का एक समाधान पीएच सतह के आवेश पर जोरदार प्रभाव डालता है

परिवहन और बहिष्करण तंत्र झिल्ली छिद्र के आकार विलायक चिपचिपाहट झिल्ली की मोटाई विलेय प्रसार समाधान तापमान, समाधान पीएच मान और झिल्ली के स्थिरांक से बहुत अधिक प्रभावित होते हैं एन एफ के लिए सटीक रूप से प्रतिरूपण अस्वीकृति चुनौतीपूर्ण है।

सामान्य तौर पर आवेशित विलेय अनावेशित विलेय की तुलना में एनएफ में अधिक प्रभावी रूप से अस्वीकृत होते हैं और बहुसंयोजक विलेय बहुत उच्च अस्वीकृति का अनुभव करते हैं।

औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए विशिष्ट आंकड़े
इसमें एनएफ शुद्धिकरण के लिए एक समग्र प्रणाली का हिस्सा है एनएफ इकाई के लिए बनावट के आधार पर एक एकल इकाई का चयन किया जाता है जिसमें जल शोधन के लिए कई वाणिज्यिक झिल्लियां इकट्ठा हैं।जो विभिन्न संरचनाओं रासायनिक सहनशीलता और नमक अस्वीकृति वाले रासायनिक परिवारों से आती हैं।

पीने के पानी के शुद्धिकरण में एनएफ इकाइयाँ 1001A झिल्लियों में 5 प्रतिशत से लेकर लगभग पूर्ण अस्वीकृति 8040-TS80 झिल्लियों में 99 प्रतिशत होती हैं प्रवाह दर 25-60 मीटर तक होती है।

एनएफ-आरओ प्रणाली का उपयोग करके समुद्री जल के अलवणीकरण के लिए एक विशिष्ट प्रक्रिया तैयार की जाती है।



चूंकि एनएफ पीने के पानी और अन्य जल शोधन के लिए अंतिम उत्पाद के रूप में उपयोग करने के लिए पर्याप्त हो सकती है।

उपचार के बाद
अन्य झिल्ली आधारित अलगाव जैसे कि अतिसूक्ष्म और अपशिष्ट जल परासरण के साथ अनुमति के लिए व्यावसायिक वितरण से पहले औद्योगिक एनएफ पृथक्करण में एक आवश्यक चरण है। पश्च-उपचार में नियोजित इकाई संचालन का विकल्प और क्रम पानी की गुणवत्ता के नियमों और एनएफ प्रणाली के बनावट पर निर्भर है। विशिष्ट एनएफ जल शोधन के बाद के चरणों में कीटाणु शोधन और स्थिरीकरण सम्मिलित हैं।

कीटाणुशोधन और स्थिरीकरण
एनएफ पृथक्करण से पारगम्य पानी विखनिजीकृत होता है और पीएच में बड़े बदलावों के लिए निपटाया जा सकता है इस प्रकार अन्य उपकरण घटकों से पर्याप्त होते हैं। पानी की स्थिरता को बढ़ाने के लिए क्षारीय घोल जैसे चूना तथा कास्टिक सोडा के रासायनिक संयोजन को नियोजित किया जाता है इसमें क्लोरीन या क्लोरोमाइन जैसे कीटाणुनाशकों को जोड़ा जाता है साथ ही कुछ स्थितियों में फॉस्फेट या फ्लोराइड जंग अवरोधक भी हैं।

अनुसंधान रुझान
नैनोफिल्टरेशन एनएफ प्रौद्योगिकी की चुनौतियों में झिल्ली के दूषण को कम करना और ऊर्जा आवश्यकताओं को कम करना सम्मिलित है। पतली समग्र झिल्ली जिसमें कई पतली चयनात्मक परतें होती हैं जो एक सूक्ष्म झिल्ली के अनुप्रयोगों में व्यावसायिक सफलता प्राप्त होती है। झिल्ली की परत फ्लक्स को बढ़ाता है तथा उपयोग किए जाने वाले सर्पिल घाव व्यवस्था के लिए ऊर्जा विकल्प खोखले फाइबर झिल्ली के होते हैं जिन्हें पूर्व-उपचार की आवश्यकता होती है। झिल्ली दूषण को कम करने के लिए रंजातु डाइऑक्साइड नैनोकणों का उपयोग किया जाता है।

बाहरी संबंध

 * Project ETAP-ERN, that uses renewable energies for desalinization.
 * Nano based methods to improve water quality - Hawk's Perch Technical Writing, LLC