17 वीं शताब्दी में, हेनिग ब्रांट नामक एक जर्मन अल्केमिस्ट “दार्शनिक पत्थर” को खोजने के लिए एक खोज पर था, एक रहस्यमय वस्तु जो किसी भी साधारण धातु को सोने में बदल सकती थी। जब उन्हें मूत्र के सुनहरे रंग का एहसास हुआ, तो उनका मानना था कि इसमें कीमती धातु के छोटे कण हैं।
ब्रांड ने तब अपने स्थानीय पब में अपने, अपने परिवार और बीयर पीने वालों से मूत्र एकत्र किया और अंत में सोने को खोजने की उम्मीद में इसे दूर करना शुरू कर दिया। कोई सोना नहीं था, अफसोस, लेकिन चांदी की परत यह थी कि ब्रांट ने तत्व फास्फोरस की खोज की थी।
वास्तव में, कुछ मूत्र को “तरल सोना” कहते हैं क्योंकि यह उन तत्वों से भरा होता है जो पौधों की इच्छा रखते हैं। अपशिष्ट उत्पाद को यूरिया के रूप में फास्फोरस, पोटेशियम और नाइट्रोजन के साथ पैक किया जाता है, “बड़े तीन” पोषक तत्व जो पौधे के विकास को ईंधन देते हैं और वाणिज्यिक उर्वरकों की रीढ़ बनाते हैं।
दो पक्षी, एक पत्थर
जर्नल में प्रकाशित एक नई इलेक्ट्रोकेमिकल तकनीक प्रकृति -उत्प्रेरक अब यूरिया को एक हरियाली, कम ऊर्जा लेने वाली प्रक्रिया के माध्यम से अपने ठोस रूप में मूत्र से अलग करने का प्रस्ताव करता है। यह विधि यूरिया, मूत्र में एक नाइट्रोजन-समृद्ध यौगिक को परिवर्तित करती है, एक क्रिस्टलीय पेरोक्साइड व्युत्पन्न में पेरकार्बामाइड कहा जाता है।
इस प्रकार यह एक ही बार में दो लक्ष्यों पर हमला करता है: शहरी अपशिष्ट जल में मूत्र के उपचार को सक्षम करना और इसे एक उपयोगी संसाधन में बदलना।
मनुष्य भोजन से नाइट्रोजन प्राप्त करते हैं, इसे यूरिया में परिवर्तित करते हैं, और मूत्र के माध्यम से इसे उत्सर्जित करते हैं। चूंकि यूरिया नाइट्रोजन में समृद्ध है, इसलिए इसमें एक प्राकृतिक उर्वरक होने की क्षमता है। सिद्धांत रूप में, मिट्टी में पोषक तत्वों को वापस करने से नाइट्रोजन चक्र को पूरा किया जा सकता है, लेकिन वैज्ञानिकों ने वर्तमान में मूत्र से यूरिया निकालने के लिए कुशल तरीकों की कमी है, इस चक्र में एक महत्वपूर्ण अंतर छोड़कर, ज़िनजियन शि, हेनान विश्वविद्यालय, चीन के एक शोधकर्ता और नए अध्ययन के पहले लेखक ने कहा।
“हमारी टीम का शोध इस अंतर को भरता है।”
लूप को बंद करने के लिए पी-साइकिलिंग
एक वयस्क लगभग 450-680 लीटर मूत्र का उत्पादन करता है, शोधकर्ता Björn Vinnerås में अनुमान लगाया गया है 2002 अध्ययन। पदार्थ 95% पानी है फिर भी वार्षिक उत्पादन में लगभग 4 किलोग्राम नाइट्रोजन और 0.3 किलोग्राम फास्फोरस होता है, जो पूरे वर्ष के लिए हर दिन एक रोटी के लिए गेहूं उगाने के लिए पर्याप्त होता है।
यदि यह इतना मूल्यवान है, तो इसे शौचालय के नीचे क्यों फ्लश करें? इसका उत्तर यह है कि मूत्र एक जटिल प्रणाली है और इसके कई घटक, विशेष रूप से लवण, उन प्रक्रियाओं में हस्तक्षेप करते हैं जो अपशिष्ट जल से अकेले यूरिया निकाल सकते हैं, शि ने कहा। टीम के अध्ययन का दावा है कि इस बाधा को कूद दिया है।
यूरिया नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और हाइड्रोजन से बना है, और यूरिया सहित अन्य अणुओं के साथ हाइड्रोजन बॉन्ड बनाने के लिए प्रवण है। जब ये बंधन बनते हैं, तो यौगिक के भौतिक और रासायनिक गुण बदल जाते हैं। यह प्रवृत्ति पृथक्करण प्रक्रिया में गेम-चेंजर बन गई।
उदाहरण के लिए, जब यूरिया हाइड्रोजन पेरोक्साइड के साथ हाइड्रोजन बॉन्ड बनाता है, तो यह पेरकार्बामाइड बनाता है, एक सफेद, क्रिस्टलीय ठोस जो उच्च शुद्धता के साथ मूत्र से बाहर निकाला जा सकता है।
Percabadmide को सक्रिय ऑक्सीजन को लगातार छोड़ने की क्षमता के लिए जाना जाता है, जिससे यह उन प्रक्रियाओं के लिए एक मूल्यवान उम्मीदवार बन जाता है, जिन्हें अन्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए ऑक्सीजन की आपूर्ति करने की आवश्यकता होती है। इस पदार्थ का एक अन्य प्रमुख लक्षण मूत्र से यूरिया की वसूली में तेजी लाने की क्षमता है।
इस संपत्ति का लाभ उठाने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक इन-सीटू इलेक्ट्रोकेमिकल तकनीक विकसित की, जो यूरे में यूरे को पेरकार्बामाइड में बदलने के लिए ग्रेफिटिक कार्बन-आधारित उत्प्रेरक का उपयोग करती है। लगभग 100% शुद्धता को प्राप्त करते हुए, टीम ने इस प्रक्रिया का उपयोग मानव और पशु दोनों के मूत्र से प्रभावी ढंग से पेरकार्बामाइड निकालने के लिए किया।
जबकि परिणाम आशाजनक था, शोधकर्ताओं का सही फोकस कुछ और था।
एक यूरेका पल
सबसे पहले, शोधकर्ताओं ने एक समस्या पर ध्यान केंद्रित किया: हाइड्रोजन पेरोक्साइड को उच्च एकाग्रता पर तरल रूप में स्थिर रखना। उन्होंने यह पता लगाना शुरू कर दिया कि क्या यह एक संगत सामग्री के साथ एक समाधान के भीतर सीधे ठोस किया जा सकता है। यूरिया एक आशाजनक विकल्प की तरह लग रहा था – लेकिन व्यावसायिक रूप से बनाया गया यूरिया काफी महंगा है।
“फिर, हमने अचानक सोचा, अगर हम इसे मूत्र प्रणाली के भीतर उपयोग कर सकते हैं, तो यह न केवल मूल लक्ष्य को प्राप्त करेगा, बल्कि मूत्र उपचार और नाइट्रोजन साइकिलिंग के मुद्दों को भी संबोधित करेगा। क्या यह एक जीत नहीं होगी? ” शी ने पूछा।
इस अंतर्दृष्टि के साथ, शोधकर्ताओं ने एक सक्रिय ग्रेफिटिक कार्बन उत्प्रेरक डिजाइन किया। ग्रेफाइट कार्बन परमाणुओं से बना एक नरम क्रिस्टल है। सक्रिय ग्रेफिटिक कार्बन ग्रेफाइट का एक झरझरा रूप है जो बाद में इसकी सतह क्षेत्र को और बढ़ाने के लिए संशोधित किया गया है, जिससे यह अधिक प्रतिक्रियाशील हो जाता है।
इस मामले में, यह दो रासायनिक प्रतिक्रियाओं, या मार्गों को बढ़ाने के लिए इंजीनियर किया गया था, जो ठोस पेरकार्बामाइड का उत्पादन करते हैं।
पाथवे I में, यूरिया एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में हाइड्रोजन पेरोक्साइड के साथ सीधे प्रतिक्रिया करता है जो दो अणुओं के बीच बातचीत की सुविधा देता है। पाथवे II में, यूरिया एक हाइड्रोपरोक्सिल (-*ऊह) मध्यवर्ती, एक अत्यधिक प्रतिक्रियाशील और अल्पकालिक अणु को बांधता है। फिर यह हाइड्रोजन आयनों (H⁺) को प्राप्त करता है और हाइड्रोजन बॉन्डिंग को बढ़ाने वाले उत्प्रेरक की उपस्थिति में पेरकार्बामाइड बनाने के लिए एक प्रतिक्रिया को ट्रिगर करता है।
सक्रिय ग्रेफिटिक कार्बन उत्प्रेरक दोनों मार्गों के लिए उपयुक्त था।
कचरा सुनहरा है?
परीक्षण और त्रुटि के कई दौर के बाद, शोधकर्ताओं ने पाया कि वे 15% और 38% के बीच यूरिया की एकाग्रता को पकड़कर पेरकार्बामाइड उत्पादन को अधिकतम कर सकते हैं। उन्होंने यह भी पाया कि लगभग 4 के थोड़ा अम्लीय पीएच पर ठंड से ऊपर के तापमान को बनाए रखना प्रक्रिया के लिए सबसे अच्छा काम करता है।
शोधकर्ताओं के अनुसार, इस नई प्रक्रिया से निकाले गए शुद्ध पेरकार्बामाइड दोनों दुनिया के सर्वश्रेष्ठ को जोड़ती है: यूरिया के नाइट्रोजन-समृद्ध लाभ और हाइड्रोजन पेरोक्साइड की ऑक्सीडेटिव शक्ति, स्थायी अनुप्रयोगों के लिए नई संभावनाओं को अनलॉक करना।
“जब ठोस उत्पाद को एकत्र किया जाता है और उर्वरक के रूप में उपयोग किया जाता है, तो नाइट्रोजन धीरे -धीरे जारी किया जाता है, जबकि जड़ श्वसन को बढ़ावा देता है और फसल के विकास को सुविधाजनक बनाता है,” शि ने कहा। “यह प्रक्रिया मानव समाज में मौजूद नाइट्रोजन चक्र में लापता लिंक को पूरी तरह से संबोधित करती है।”
टीम ने भविष्य में अपशिष्ट जल उपचार के साथ संसाधन-रिकवरी और रीसाइक्लिंग को एक साथ लाने के बारे में उत्साह व्यक्त किया है। उनका मानना है कि यह अभिनव दृष्टिकोण बदल सकता है कि हम कैसे सोचते हैं और कचरे का उपयोग करते हैं।
संजुक्ता मोंडल एक रसायनज्ञ-विज्ञान-लेखक हैं, जो लोकप्रिय विज्ञान लेखों और एसटीईएम YouTube चैनलों के लिए स्क्रिप्ट लिखने में अनुभव के साथ हैं।
प्रकाशित – 12 मार्च, 2025 05:30 पूर्वाह्न IST