Nanotube membrane
नैनोट्यूब झिल्ली या तो एक एकल, ओपन-एंडेड नैनोट्यूब (सी. एन. टी.) या नैनोट्यूब की एक श्रृंखला से बनी एक फिल्म होती है जो मधुकोश की कोशिकाओं की तरह एक अभेद्य फिल्म मैट्रिक्स की सतह पर लंबवत रूप से उन्मुख होती है। नैनोट्यूब झिल्ली को पारंपरिक, प्रसिद्ध झरझरा झिल्ली के साथ अलग करने के लिए यहां 'अभेद्य' आवश्यक है। द्रव और गैस के अणु झिल्ली के माध्यम से सामूहिक रूप से गुजर सकते हैं लेकिन केवल नैनोट्यूब के माध्यम से। उदाहरण के लिए, पानी के अणु क्रमबद्ध हाइड्रोजन बंधन बनाते हैं जो सी. एन. टी. से गुजरते हुए श्रृंखलाओं की तरह कार्य करते हैं। इसके परिणामस्वरूप नैनोट्यूब और पानी के बीच लगभग घर्षण रहित या परमाणु रूप से चिकना इंटरफेस होता है जो हाइड्रोफोबिक इंटरफेस की "स्लिप लंबाई" से संबंधित होता है। पर्ची की लंबाई जैसे गुण जो छिद्र दीवारों के भीतर पानी के गैर-निरंतर व्यवहार का वर्णन करते हैं, सरल हाइड्रोडायनामिक प्रणालियों में उपेक्षित होते हैं और हेगन-पोइसुइल समीकरण से अनुपस्थित होते हैं। आणविक गतिशील अनुकरण कार्बन नैनोट्यूब के माध्यम से पानी के अणुओं के प्रवाह को बेहतर ढंग से चिह्नित करते हैं जिसमें हेगन-पोइसुइल समीकरण के विभिन्न रूप होते हैं जो पर्ची की लंबाई को ध्यान में रखते हैं। 2000 में एकल-नली झिल्ली (150 एनएम) के माध्यम से पॉलीस्टीरिन कणों (60 और 100 एनएम व्यास) का परिवहन बताया गया था। इसके तुरंत बाद, बहु-दीवार और दो-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब से युक्त समग्र झिल्ली का निर्माण और अध्ययन किया गया। यह दिखाया गया था कि पानी झिल्ली के ग्रेफाइटिक नैनोट्यूब कोर से पांच परिमाण तक गुजर सकता है जो शास्त्रीय द्रव गतिकी की भविष्यवाणी से अधिक है, हेगन-पोइसुइल समीकरण के माध्यम से, दोनों मल्टीवॉल ट्यूबों (आंतरिक व्यास 7 एनएम) और डबल-वॉल ट्यूबों (आंतरिक व्यास <2 एनएम) के लिए। होल्ट और अन्य लोगों द्वारा किए गए प्रयोगों में, शुद्ध पानी (~ 1.0020 cP चिपचिपाहट) को सिलिकॉन नाइट्राइड मैट्रिक्स में दो-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब के तीन नमूनों के माध्यम से विभिन्न झिल्ली प्रवाह और मोटाई के साथ ले जाया गया था। इन झिल्लियों में बढ़ा हुआ प्रवाह पाया गया जो हेगन-पोइसुइल समीकरण द्वारा गणना की गई नो-स्लिप हाइड्रोडायनामिक प्रवाह के लिए अपेक्षित परिमाण के तीन क्रम से अधिक तेज था। 1-2 एनएम व्यास के छिद्रों वाले नैनोट्यूब के लिए ये परिणाम लगभग 10-40 पानी के अणु प्रति एनएम2 प्रति नैनोसेकंड के अनुरूप थे। मैनक मजूमदार और अन्य द्वारा इसी तरह के एक प्रयोग में, ठोस पॉलीस्टीरिन में लगभग 7 एनएम व्यास के नैनोट्यूब का उनके द्रव वेग के लिए परीक्षण किया गया था। इन परिणामों ने इसी तरह दिखाया कि नैनोट्यूब में लंबे पर्ची-तल होते हैं और प्रवाह दर पारंपरिक द्रव प्रवाह भविष्यवाणियों की तुलना में तेजी से परिमाण के चार से पांच क्रम पाए गए। यह आगे प्रदर्शित किया गया कि कार्बन नैनोट्यूब झिल्ली (फिलर मैट्रिक्स के बिना, इस प्रकार सी. एन. टी. की बाहरी सतह पर प्रवाह) के माध्यम से पानी के प्रवाह को विद्युत प्रवाह के अनुप्रयोग के माध्यम से नियंत्रित किया जा सकता है। नैनोट्यूब झिल्ली को एक दिन नियोजित किए जाने वाले कई संभावित उपयोगों में से एक है पानी का विलवणीकरण। मित्रा और अन्य। (8-14) ने सी. एन. टी. आधारित झिल्ली के उत्पादन में एक नवीन वास्तुकला का बीड़ा उठाया। यह विधि छिद्रों और झिल्ली की सतह पर कार्बन नैनोट्यूब को स्थिर करके एक बेहतर झिल्ली बनाती है। उनके काम में, सी. एन. टी. को पॉलीमेरिक या सिरेमिक झिल्ली में स्थिर किया जाता है जिससे कार्बन नैनोट्यूब स्थिर झिल्ली (सी. एन. आई. एम.) के रूप में संदर्भित अद्वितीय झिल्ली संरचना का विकास होता है। यह सी. एन. टी. को एक बिखरे हुए रूप से स्थिर करके हासिल किया गया था। इस तरह की झिल्ली मजबूत, तापीय रूप से स्थिर होती हैं और इनमें उच्च चयनात्मकता होती है। यहाँ लक्ष्य सी. एन. टी. को इस तरह से स्थिर करना है कि उनकी सतहें सीधे विलेय के साथ बातचीत करने के लिए स्वतंत्र हों। इस विधि द्वारा उत्पादित झिल्ली ने विभिन्न अनुप्रयोगों में प्रवाह और चयनात्मकता में नाटकीय वृद्धि दिखाई है, जैसे कि समुद्री जल विलवणीकरण (8,9), झिल्ली निष्कर्षण (10), पानी से वाष्पशील कार्बनिक पदार्थों को हटाकर जल शोधन (11) और जल प्रदूषकों के विश्लेषण के लिए सूक्ष्म पैमाने पर झिल्ली निष्कर्षण (12-14)। 2016 में, पहली बार बड़े प्रारूप के वाणिज्यिक पैमाने के सी. एन. टी. झिल्ली पेश किए गए थे। प्रारंभ में इन झिल्लियों का उत्पादन एक सपाट शीट प्रारूप में किया गया था जो पहले अनुसंधान प्रयोगशालाओं में बनाई गई थी, हालांकि बहुत बड़े पैमाने पर। 2017 में, कंपनी ने एक खोखले फाइबर झिल्ली सी. एन. टी. झिल्ली के विकास की घोषणा की, जिसमें नैनोट्यूब झिल्ली की सतह पर रेडियल रूप से लंबवत उन्मुख थे, कुछ ऐसा जो पहले कभी हासिल नहीं किया गया था। सभी मामलों में, सी. एन. टी. अद्वितीय छिद्रों के रूप में कार्य करते हैं जो आकार या रासायनिक आत्मीयता के आधार पर चयन करते हुए झिल्ली में बड़े पैमाने पर परिवहन को बढ़ाते हैं। उदाहरण के लिए, विलवणीकरण के मामले में सी. एन. टी. हाइड्रेटेड नमक आयनों के आकार के आधार पर लवणों के संचरण को अवरुद्ध या कम करते हुए पानी के लिए परिवहन को बढ़ाते हैं। जल शोधन, वाष्पीकरण और निष्कर्षण जैसे कार्बनिक पदार्थों को हटाने के मामले में, सी. एन. टी. झिल्ली अधिमानतः कार्बनिक पदार्थों में प्रवेश करती हैं, जिससे उन पृथक्करणों की अनुमति मिलती है जो पहले केवल आसवन जैसी विधियों का उपयोग करके संभव थे। कार्बनिक/जल पृथक्करण का एक उदाहरण पानी से इथेनॉल का पृथक्करण है, एक ऐसा अनुप्रयोग जिसमें सी. एन. टी. झिल्ली इथेनॉल के परिवहन के लिए लगभग आदर्श चयनात्मकता दिखाती है। 1960 के दशक के अंत में ट्रैक-एचेड तकनीक की खोज के बाद से, आवश्यक व्यास वाली फिल्टर झिल्ली का खाद्य सुरक्षा, पर्यावरण प्रदूषण, जीव विज्ञान, चिकित्सा, ईंधन कोशिका और रसायन विज्ञान सहित विभिन्न क्षेत्रों में संभावित उपयोग पाया गया है। ये ट्रैक-इचिंग झिल्ली आमतौर पर ट्रैक-इचिंग प्रक्रिया के माध्यम से पॉलिमर झिल्ली में बनाई जाती हैं, जिसके दौरान पॉलिमर झिल्ली को पहले भारी आयन बीम द्वारा ट्रैक बनाने के लिए विकिरणित किया जाता है और फिर गीले इचिंग के बाद ट्रैक के साथ बेलनाकार छिद्र या असममित छिद्र बनाए जाते हैं। फिल्टर झिल्ली का निर्माण उतना ही महत्वपूर्ण है जितना कि झिल्ली में छिद्रों का लक्षण वर्णन और माप। अब तक, कुछ विधियाँ विकसित की गई हैं, जिन्हें उनके द्वारा उपयोग किए गए भौतिक तंत्रों के अनुसार निम्नलिखित श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता हैः इमेजिंग विधियाँ जैसे स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एस. ई. एम.), संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टी. ई. एम.), परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (ए. एफ. एम.); बुलबुला बिंदु और गैस परिवहन जैसे द्रव परिवहन; नाइट्रोजन अवशोषण/अवशोषण (बी. ई. एच.), पारा पोरोसिमेट्री, तरल-वाष्प संतुलन (बी. जे. एच.), गैस-तरल संतुलन (परमोपोरोमेरी) और तरल-ठोस संतुलन (थर्मोपोरोमेट्री); इलेक्ट्रॉनिक चालन; अल्ट्रासोनिक स्पेक्ट्रोस्कोपी; हाल ही में, नैनोपोर आकार माप के लिए एक विधि के रूप में प्रकाश संचरण तकनीक का उपयोग प्रस्तावित किया गया है। कार्बन नैनोट्यूब नैनोफिल्ट्रेशन नैनोफ्लुइडिक्स कार्बन नैनोट्यूब के संभावित अनुप्रयोग भी देखें संदर्भ 8.: "कार्बन नैनोट्यूब शुद्ध पानी के समवर्ती उत्पादन और औषधीय कचरे को केंद्रित करने के लिए झिल्ली आसवन में वृद्धि"। केन गेथार्ड, ओरनथिडा साई-खोउ, सोमनाथ मित्रा। 90, 239-245,। पृथक्करण और शुद्धिकरण प्रौद्योगिकी। 2012 9.:: "कार्बन नैनोट्यूब संवर्धित झिल्ली आसवन का उपयोग करके जल विलवणीकरण"। केन गेथार्ड, ओरनथिडा साई-खोउ, सोमनाथ मित्रा। एसीएस अनुप्रयुक्त सामग्री और इंटरफेस। 2011, 3, 110-114। 10.::: "कार्बन नैनोट्यूब में समवर्ती निष्कर्षण और एकाग्रता स्थैतिक खोखले फाइबर झिल्ली"। ओरनथिदा साई-खोउ और सोमनाथ मित्रा। गुदा। केम। 2010, 82 (13), 5561-5567। 11.::: "कार्बन नैनोट्यूब पानी से वाष्पशील कार्बनिक पदार्थों के व्यापक निष्कासन के लिए समग्र खोखले फाइबर झिल्ली को स्थिर करता है"। ओरनथिदा साई-खोउ और सोमनाथ मित्रा। जे. फिज़. केम। सी. 2010,114,16351-16356। 12.::: "कार्बन नैनोट्यूब्स का निर्माण और लक्षण वर्णन स्थिर छिद्रपूर्ण पॉलीमेरिक झिल्ली"। ओरनथिदा साई-खोउ और सोमनाथ मित्रा। जे. मैटर। केम., 2009,19 (22), 3713-3718। 13.:: "कार्बन नैनोट्यूब मध्यस्थ माइक्रोस्केल झिल्ली निष्कर्षण"। के. हिल्टन, वाई. चेन, एस. मित्रा, जे. क्रोमैटोगर। ए., 2008,1211,43-48। 14.:: "ध्रुवीय विश्लेषणों के उन्नत निष्कर्षण के लिए कार्बन नैनोट्यूब स्थिर ध्रुवीय झिल्ली"। मधुलीना। भद्रा, सोमनाथ। मित्रा। विश्लेषक। 2012, 137, 4464-4468। कार्बन नैनोट्यूब उभरती प्रौद्योगिकियाँ