Nanotube membrane
નેનોટ્યૂબ પટલ કાં તો એકલ, ઓપન-એન્ડેડ નેનોટ્યૂબ (સી. એન. ટી.) અથવા નેનોટ્યુબ્સની શ્રેણીથી બનેલી ફિલ્મ છે જે મધુકોશના કોષો જેવા અભેદ્ય ફિલ્મ મેટ્રિક્સની સપાટી પર લંબરૂપ રીતે લક્ષી હોય છે. પરંપરાગત, જાણીતા છિદ્રાળુ પટલ સાથે નેનોટ્યૂબ પટલને અલગ પાડવા માટે અહીં 'અભેદ્ય' આવશ્યક છે. પ્રવાહી અને વાયુના અણુઓ સામૂહિક રીતે પટલમાંથી પસાર થઈ શકે છે પરંતુ માત્ર નેનોટ્યુબ્સમાંથી. દાખલા તરીકે, પાણીના અણુઓ ક્રમબદ્ધ હાઇડ્રોજન બંધ બનાવે છે જે સી. એન. ટી. માંથી પસાર થતાં સાંકળોની જેમ કાર્ય કરે છે. આના પરિણામે નેનોટ્યુબ્સ અને પાણી વચ્ચે લગભગ ઘર્ષણ વિનાનું અથવા અણુની રીતે સરળ ઇન્ટરફેસ બને છે જે હાઇડ્રોફોબિક ઇન્ટરફેસની "સ્લિપ લંબાઈ" સાથે સંબંધિત છે. છિદ્ર દિવાલોની અંદર પાણીની બિન-ખંડીય વર્તણૂકનું વર્ણન કરતી સ્લિપ લંબાઈ જેવા ગુણધર્મોને સરળ હાઇડ્રોડાયનેમિક પ્રણાલીઓમાં અવગણવામાં આવે છે અને હેગન-પોઇસ્યુલ સમીકરણમાંથી ગેરહાજર રહે છે. મોલેક્યુલર ડાયનેમિક સિમ્યુલેશન કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ દ્વારા પાણીના અણુઓના પ્રવાહને હેગન-પોઇસ્યુલ સમીકરણના વિવિધ સ્વરૂપ સાથે વધુ સારી રીતે લાક્ષણિકતા આપે છે જે સ્લિપની લંબાઈને ધ્યાનમાં લે છે. 2000માં સિંગલ-ટ્યુબ પટલ (150 એનએમ) દ્વારા પોલિસ્ટરીન કણો (60 અને 100 એનએમ વ્યાસ) નું પરિવહન નોંધાયું હતું. ત્યારબાદ ટૂંક સમયમાં, બહુ-દિવાલો અને બે-દિવાલો ધરાવતી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ ધરાવતી પટલની રચના અને અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. એવું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે મલ્ટીવોલ ટ્યુબ (આંતરિક વ્યાસ 7 એનએમ) અને ડબલ-દિવાલ ટ્યુબ (આંતરિક વ્યાસ <2 એનએમ) બંને માટે, હેગન-પોઇસ્યુલ સમીકરણ દ્વારા પાણી શાસ્ત્રીય પ્રવાહી ગતિશીલતાની આગાહી કરતાં વધુ પાંચ પરિમાણો સુધી પટલના ગ્રેફાઇટિક નેનોટ્યૂબ કોરમાંથી પસાર થઈ શકે છે. હોલ્ટ એટ અલ દ્વારા કરવામાં આવેલા પ્રયોગોમાં, શુદ્ધ પાણી (~ 1.0020 cP સ્નિગ્ધતા) નું પરિવહન સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ મેટ્રિક્સમાં બે દિવાલવાળા કાર્બન નેનોટ્યુબના ત્રણ નમૂનાઓ દ્વારા વિવિધ પટલ પ્રવાહો અને જાડાઈઓ સાથે કરવામાં આવ્યું હતું. આ પટલમાં ઉન્નત પ્રવાહ જોવા મળ્યો હતો જે હેગન-પોઇસ્યુલ સમીકરણ દ્વારા ગણતરી કરાયેલ નો-સ્લિપ હાઇડ્રોડાયનેમિક પ્રવાહની અપેક્ષા કરતાં તીવ્રતાના ત્રણ ક્રમથી વધુ ઝડપી હતો. 1-2 nm વ્યાસના છિદ્રો ધરાવતી નેનોટ્યુબ્સ માટેના આ પરિણામો નેનોસેકન્ડ દીઠ nm2 દીઠ લગભગ 10-40 પાણીના અણુઓને અનુરૂપ છે. મૈનાક મજૂમદાર અને અન્ય દ્વારા કરવામાં આવેલા સમાન પ્રયોગમાં, ઘન પોલિસ્ટરીનમાં આશરે 7 એનએમ વ્યાસની નેનોટ્યુબ્સનું તેમના પ્રવાહી વેગ માટે પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. આ પરિણામો એ જ રીતે દર્શાવે છે કે નેનોટ્યુબ્સ લાંબા સ્લિપ-પ્લેન ધરાવે છે અને પ્રવાહ દર પરંપરાગત પ્રવાહી પ્રવાહની આગાહીઓ કરતાં વધુ ઝડપથી ચારથી પાંચ ક્રમના તીવ્રતાના હોવાનું જણાયું હતું. તે વધુ દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે કાર્બન નેનોટ્યૂબ પટલ દ્વારા પાણીનો પ્રવાહ (પૂરક મેટ્રિક્સ વિના, આમ સી. એન. ટી. ની બહારની સપાટી પર વહે છે) વિદ્યુત પ્રવાહના ઉપયોગ દ્વારા નિયંત્રિત કરી શકાય છે. ઘણા સંભવિત ઉપયોગો પૈકી કે જેનો એક દિવસ નેનોટ્યૂબ પટલનો ઉપયોગ થઈ શકે છે તે છે પાણીનું ડિસેલિનેશન. મિત્રા એટ અલ. (8-14) એ CNT આધારિત પટલના ઉત્પાદનમાં નવીન સ્થાપત્યની પહેલ કરી. આ પદ્ધતિ છિદ્રોમાં અને પટલની સપાટી પર કાર્બન નેનોટ્યુબ્સને સ્થિર કરીને બહેતર પટલ બનાવે છે. તેમના કાર્યમાં, સી. એન. ટી. ને પોલિમરીક અથવા સિરામિક પટલમાં સ્થિર કરવામાં આવે છે જે કાર્બન નેનોટ્યૂબ સ્થિર પટલ (સી. એન. આઈ. એમ.) તરીકે ઓળખાતા અનન્ય પટલ માળખાના વિકાસ તરફ દોરી જાય છે. આ વિખેરાયેલા સ્વરૂપમાંથી સી. એન. ટી. ને સ્થિર કરીને પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યું હતું. આવા પટલ મજબૂત, ઉષ્મીય રીતે સ્થિર હોય છે અને ઉચ્ચ પસંદગી ધરાવે છે. અહીંનો ધ્યેય સી. એન. ટી. ને સ્થિર કરવાનો છે જેથી તેમની સપાટીઓ દ્રાવણ સાથે સીધી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવા માટે મુક્ત હોય. આ પદ્ધતિ દ્વારા ઉત્પાદિત પટલમાં વિવિધ ઉપયોગોમાં પ્રવાહ અને પસંદગીમાં નાટ્યાત્મક વધારો જોવા મળ્યો છે, જેમ કે દરિયાઈ જળનું ડિસેલિનેશન (8,9), પટલ નિષ્કર્ષણ (10), પાણીમાંથી અસ્થિર કાર્બનિક પદાર્થોને દૂર કરીને જળ શુદ્ધિકરણ (11) અને જળ પ્રદૂષકોના વિશ્લેષણ માટે સૂક્ષ્મ સ્તરના પટલ નિષ્કર્ષણ (12-14). 2016 માં, પ્રથમ વખત મોટા બંધારણના વ્યાપારી પાયે સી. એન. ટી. પટલ રજૂ કરવામાં આવ્યા હતા. શરૂઆતમાં આ પટલ અગાઉ સંશોધન પ્રયોગશાળાઓમાં બનાવેલા પટલની જેમ સપાટ આકારમાં બનાવવામાં આવતા હતા, જોકે તે ઘણા મોટા પાયે બનાવવામાં આવતા હતા. 2017માં, કંપનીએ ખોખલા ફાઇબર પટલ સી. એન. ટી. પટલના વિકાસની જાહેરાત કરી હતી, જેમાં નેનોટ્યુબ્સ પટલની સપાટી પર લંબ રીતે ત્રિજ્યીય રીતે લક્ષી છે, જે અગાઉ ક્યારેય હાંસલ કરવામાં આવ્યું ન હતું. તમામ કિસ્સાઓમાં, સી. એન. ટી. અનન્ય છિદ્રો તરીકે કામ કરે છે જે કદ અથવા રાસાયણિક સંબંધના આધારે પસંદ કરીને પટલમાં સામૂહિક પરિવહનને વધારે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ડિસેલિનેશનના કિસ્સામાં સી. એન. ટી. હાઇડ્રેટેડ સોલ્ટ આયનોના કદના આધારે ક્ષારના પ્રસારણને અવરોધિત કરતી વખતે અથવા ઘટાડતી વખતે પાણી માટેના પરિવહનમાં વધારો કરે છે. જળ શુદ્ધિકરણ, બાષ્પીભવન અને નિષ્કર્ષણ જેવા કાર્બનિક પદાર્થોને દૂર કરવાના કિસ્સામાં, સી. એન. ટી. પટલ પ્રાધાન્યપૂર્વક કાર્બનિક પદાર્થોમાં પ્રવેશ કરે છે, જે નિસ્યંદન જેવી પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને અગાઉ શક્ય હોય તેવા વિભાજનને મંજૂરી આપે છે. કાર્બનિક/પાણીના વિભાજનનું એક ઉદાહરણ પાણીમાંથી ઇથેનોલનું વિભાજન છે, જેમાં સી. એન. ટી. પટલ ઇથેનોલના પરિવહન માટે લગભગ આદર્શ પસંદગી દર્શાવે છે. 1960 ના દાયકાના અંતમાં ટ્રેક-એચ્ડ ટેકનોલોજીની શોધ થઈ ત્યારથી, જરૂરી વ્યાસવાળા ફિલ્ટર પટલનો ખાદ્ય સલામતી, પર્યાવરણીય પ્રદૂષણ, જીવવિજ્ઞાન, દવા, ઇંધણ કોષ અને રસાયણશાસ્ત્ર સહિત વિવિધ ક્ષેત્રોમાં સંભવિત ઉપયોગ જોવા મળ્યો છે. આ ટ્રેક-એચ્ડ પટલ સામાન્ય રીતે ટ્રેક-એચ્ડિંગ પ્રક્રિયા દ્વારા પોલિમર પટલમાં બનાવવામાં આવે છે, જે દરમિયાન પોલિમર પટલને પહેલા ભારે આયન બીમ દ્વારા ટ્રેક બનાવવા માટે ઇરેડિયેશન કરવામાં આવે છે અને પછી ભીના એચ્ડિંગ પછી ટ્રેક સાથે નળાકાર છિદ્રો અથવા અસમપ્રમાણતાવાળા છિદ્રો બનાવવામાં આવે છે. ફિલ્ટર પટલનું બનાવટ જેટલું મહત્વનું છે તેટલું જ મહત્વપૂર્ણ પટલમાં છિદ્રોની લાક્ષણિકતા અને માપ છે. અત્યાર સુધી, કેટલીક પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવી છે, જેને તેમણે ઉપયોગમાં લીધેલી ભૌતિક પદ્ધતિઓ અનુસાર નીચેની શ્રેણીઓમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છેઃ ઇમેજિંગ પદ્ધતિઓ જેમ કે સ્કેનીંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM), ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (TEM), અણુ બળ માઇક્રોસ્કોપી (AFM); બબલ પોઇન્ટ અને ગેસ પરિવહન જેવા પ્રવાહી પરિવહન; નાઇટ્રોજન શોષણ/શોષણ (BEH), પારો પોરોસિમેટ્રી, પ્રવાહી-વરાળ સંતુલન (BJH), ગેસ-પ્રવાહી સંતુલન (પર્મોપોરોમેટ્રી) અને પ્રવાહી-ઘન સંતુલન (થર્મોપોરોમેટ્રી); ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા; અલ્ટ્રાસોનિક સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી; તાજેતરમાં, નેનોપોર કદ માપન માટેની પદ્ધતિ તરીકે પ્રકાશ પ્રસારણ તકનીકનો ઉપયોગ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો છે. કાર્બન નેનોટ્યૂબ નેનોફિલ્ટ્રેશન નેનોફ્લુઇડિક્સ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સની સંભવિત એપ્લિકેશનો પણ જુઓ સંદર્ભો 8.: "કાર્બન નેનોટ્યૂબ શુદ્ધ પાણીનું એક સાથે ઉત્પાદન અને કેન્દ્રિત ફાર્માસ્યુટિકલ કચરાનું ઉન્નત પટલ નિસ્યંદન". કેન ગેથાર્ડ, ઓર્નિથિડા સાઈ-ખો, સોમનાથ મિત્રા. 90, 239-245,. વિભાજન અને શુદ્ધિકરણ ટેકનોલોજી. 2012 9.::: "કાર્બન નેનોટ્યૂબ ઉન્નત પટલ નિસ્યંદનનો ઉપયોગ કરીને પાણીનું ડિસેલિનેશન". કેન ગેથાર્ડ, ઓર્નિથિડા સાઈ-ખો, સોમનાથ મિત્રા. એસીએસ એપ્લાઇડ મટિરિયલ્સ એન્ડ ઇન્ટરફેસ. 2011, 3, 110-114. 10.::: "કાર્બન નેનોટ્યુબમાં એક સાથે નિષ્કર્ષણ અને એકાગ્રતા સ્થિર હોલો ફાઇબર પટલ". ઓર્થિડા સાઈ-ખો અને સોમનાથ મિત્રા. ગુદા. કેમ. 2010, 82 (13), 5561-5567. 11.::: "કાર્બન નેનોટ્યૂબ પાણીમાંથી વોલેટાઇલ ઓર્ગેનિક્સના બાષ્પીભવન દૂર કરવા માટે સંયુક્ત હોલો ફાઇબર પટલને સ્થિર કરે છે". ઓર્થિડા સાઈ-ખો અને સોમનાથ મિત્રા. જે. ફિઝ. કેમ. સી. 2010,114,16351-16356. 12.::: "કાર્બન નેનોટ્યુબ્સનું નિર્માણ અને લાક્ષણિકતા સ્થિર છિદ્રાળુ પોલિમરીક પટલ". ઓર્થિડા સાઈ-ખો અને સોમનાથ મિત્રા. જે. મેટર. કેમ., 2009,19 (22), 3713-3718. 13.:: "કાર્બન નેનોટ્યૂબ મધ્યસ્થી માઇક્રોસ્કેલ પટલ નિષ્કર્ષણ". કે. હિલ્ટન, વાય. ચેન, એસ. મિત્રા, જે. ક્રોમેટોગર. એ., 2008,1211,43-48. 14.:: "ધ્રુવીય વિશ્લેષકોના ઉન્નત નિષ્કર્ષણ માટે કાર્બન નેનોટ્યૂબ સ્થિર ધ્રુવીય પટલ". મધુલીના. ભદ્રા, સોમનાથ. મિત્રા. વિશ્લેષક ડો. 2012, 137, 4464-4468. કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ ઉભરતી તકનીકો