અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા સંવર્ધિત ખનિજ કાર્બોનેશન

ખનિજ કાર્બોનેશન એ કેલ્શિયમ ઑક્સાઇડ અથવા મેગ્નેશિયમ ઑક્સાઇડ જેવા ક્ષારીય ખનિજો સાથે કાર્બન ડાયૉક્સાઇડની પ્રતિક્રિયા છે. ખનિજ કાર્બોનેશનનો ઉપયોગ ઔષધ, પોલિમર અને ખાતર ઉદ્યોગોમાં ઘન કણોના ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે તેમજ ક્ષારીય સામગ્રીમાં કાર્બન ડાયૉક્સાઇડના સ્થિરીકરણ માટે થાય છે. ઉચ્ચ શક્તિના અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા કણોની પ્રક્રિયા કરવી એ પ્રક્રિયાને તીવ્ર બનાવવાનું સફળ સાધન હોવાનું જણાયું છે, જેના પરિણામે કાર્બોનેશનનું રૂપાંતરણ વધુ થાય છે અને પ્રતિક્રિયા વધુ ઝડપથી થાય છે.

ખનિજ કાર્બોનેશન: પ્રક્રિયા અને મર્યાદાઓ

કાર્બોનેશન માટે કુદરતી અને કચરારૂપ સામગ્રીમાં રહેલા ક્ષારીય ઑક્સાઇડ, હાઇડ્રૉક્સાઇડ અથવા સિલિકેટને કારણે તેમનું કાર્બોનેશન કરવામાં આવે છે. કાર્બોનેશન પ્રક્રિયામાં પ્રતિક્રિયાના નીચેના તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે:

કાર્બોનેશન પ્રતિક્રિયા માટે કણો અભિકારકોના સંપર્કમાં આવી શકે તે જરૂરી છે. આનો અર્થ એ છે કે કાર્બોનેશન પ્રક્રિયાને સુધારવા માટે નિષ્ક્રિયકારી સ્તરો વિનાનું કણોનું વિશાળ સપાટી ક્ષેત્ર જરૂરી છે.
ઘન કણના સંકોચાતા અપ્રતિક્રિયિત આંતરિક ભાગની આસપાસ વધુ ને વધુ જાડું અને ઘન કાર્બોનેટ સ્તર બનવાથી દરને મર્યાદિત કરતા ત્રણ તબક્કાઓ ઊભા થાય છે:

• ઑક્સાઇડ/ સિલિકેટનું જલીકરણ;
• ધનાયનોનું નિક્ષાલન; અને
• પ્રતિક્રિયા ક્ષેત્ર તરફ વિસરણ.

કાર્બોનેશન પ્રક્રિયાને સુધારવા માટે પ્રક્રિયામાં સહાય કરતી તકનીક વડે આ મર્યાદાઓ દૂર કરવી જરૂરી છે. કાર્બોનેશનનો દર અને પ્રતિક્રિયાની ઝડપ વધારતી પ્રક્રિયા તીવ્રીકરણ તકનીક તરીકે ઉચ્ચ શક્તિના અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે.

ઉકેલ: અલ્ટ્રાસોનિક કાર્બોનેશન

બેલ્જિયમની Katholieke Universiteit Leuvenના સંશોધન જૂથના જણાવ્યા અનુસાર, “ખનિજ કાર્બોનેશન પ્રક્રિયાઓને તીવ્ર બનાવવા માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સંભવિત રીતે ઉપયોગી સાધન હોવાનું સાબિત થયું છે. વધુ સારા મિશ્રણ, કણોના ભંગાણ અને કેલ્શિયમ કાર્બોનેટના નિષ્ક્રિયકારી સ્તરો દૂર થવાને કારણે પ્રતિક્રિયાની ગતિકી ઝડપી બનાવવી અને ઓછા સમયમાં વધુ પ્રમાણમાં કાર્બોનેશન પ્રાપ્ત કરવું શક્ય બન્યું હતું. વધુમાં, દ્રાવણમાં રહેલા મેગ્નેશિયમ આયનો સાથે સંયોજનમાં, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ મેગ્નેશિયમની જરૂરી સાંદ્રતા ઘટાડીને તેમજ પ્રતિક્રિયાનું તાપમાન આસપાસના વાતાવરણની નજીકની પરિસ્થિતિઓ સુધી ઘટાડીને એરેગોનાઇટ સ્ફટિકોના સંશ્લેષણમાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે.”
[Santos et al. 2011, p.114]

એક નજરમાં લાભો:

• અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ, કણસમૂહોના વિઘટન અને પીસાણ દ્વારા સૂક્ષ્મ કણોનું કદ વિતરણ
• અલ્ટ્રાસાઉન્ડ નિષ્ક્રિયકારી સ્તરો દૂર કરે છે
• અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રતિક્રિયાની ગતિકી વધારે છે
• અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ક્ષારકતા ઘટાડે છે
• અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા તીવ્રીકરણ: વધુ ઉપજ, વધુ ઝડપી પ્રતિક્રિયા

કણોની અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા

કણોની સ્લરી પર પ્રક્રિયા કરવા માટે સોનિકેશન એક શક્તિશાળી સાધન છે. તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિક બળો પ્રવાહીમાં યાંત્રિક કંપન અને પ્રબળ કેવિટેશન ઉત્પન્ન કરે છે. ઊંચો પ્રતિબળ પેદા કરતા આ બળો કણસમૂહો અને પ્રાથમિક કણોને પણ તોડી શકે છે, તેથી ઉચ્ચ શક્તિનું/ ઓછી આવૃત્તિનું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પીસાણ, કણસમૂહોનું વિઘટન અને વિક્ષેપણ જેવા ઉપયોગો માટે વિશ્વસનીય પદ્ધતિ છે.

સ્લરીની કાર્બોનેશન પ્રક્રિયા દરમિયાન અલ્ટ્રાસોનિક પીસાણથી વિશાળ સપાટી ક્ષેત્ર ધરાવતા નાના કણો બને છે. કણોના ભંગાણ ઉપરાંત, સોનિકેશન કણોની સપાટી પરના જમાવટના સ્તરોને પણ દૂર કરે છે, જેમ કે અપ્રતિક્રિયિત આંતરિક ભાગને ઘેરી વળતાં કાર્બોનેટયુક્ત આવરણો અથવા ઘટકો ક્ષીણ થઈ ગયેલા મેટ્રિક્સના સ્તરો. નિષ્ક્રિયકારી સ્તરોને દૂર કરવાથી વિસરણની મર્યાદાઓ ઘટે છે અને અપ્રતિક્રિયિત સામગ્રી જલીય પ્રાવસ્થાના સંપર્કમાં આવે છે. આમ, સોનિકેશન કાર્બોનેશનનું રૂપાંતરણ અને પ્રક્રિયાની ગતિકી વધારી શકે છે – જેના પરિણામે વધુ ઉપજ મળે છે અને પ્રતિક્રિયા વધુ ઝડપથી થાય છે.