अलिकडे घरांत पाणी स्वच्छ करण्यासाठी मायक्रोफायबर (सूक्ष्म तंतू)-आधारित फिल्टरचा वापर वाढला आहे. हे तंतू जंतू आणि प्रदूषके गाळण्यासाठी प्रभावी असतात. ते टिकाऊ असतात आणि त्यांची प्रभावीपणे पाणी गाळण्याची क्षमता दीर्घकालीन असते. या मायक्रोफायबरवर नॅनोपार्टिकल्स (अतिसूक्ष्म कण) चे लेपन केल्यास त्यांचे आणखी वैविध्यपूर्ण उपयोग करता येतात. विशिष्ट नॅनोपार्टिकल्स जड धातू आणि रासायनिक रंग यांसारखे विषारी पदार्थ शोषून घेतात. योग्य नॅनोपार्टिकलचे लेपन केल्यास, त्यांचा वापर जखमेवर लावण्याच्या पट्ट्यांसाठी (ड्रेसिंग्ज) देखील करता येतो.
मायक्रोफायबरवर नॅनोपार्टिकलचा लेप चढवण्याची रूढ पद्धत किचकट व वेळखाऊ आहे. यात तयार मायक्रोफायबर नॅनोपार्टिकलच्या द्रावणात बुडवले जातात. या पद्धतीसाठी मोठी उपकरणे लागतात आणि ही पद्धत वापरून तयार झालेले मायक्रोफायबर्स तितकेसे प्रभावी नसतात. या पद्धतीत नॅनोपार्टिकलच्या प्रवाहावर नियंत्रण ठेवता येत नसल्यामुळे, तंतूंवर ठिकठिकाणी नॅनोपार्टिकल जमा होऊन त्याच्या गुठळ्या बनतात आणि तंतूंचा बाकी भाग उघडा राहतो. नॅनोपार्टिकलचे लेपन असमान चढल्यामुळे, पाण्यातील गाळ आणि कण नीट गाळले जात नाहीत व फिल्टरची कार्यक्षमता कमी होते.
भारतीय तंत्रज्ञान संस्था (आयआयटी) मुंबईच्या रसायन अभियांत्रिकी विभागातील संशोधकांनी प्रा. वेंकट गुंडबाला आणि प्रा. राजदीप बंद्योपाध्याय यांच्या नेतृत्वाखाली सूक्ष्मद्रव-प्रवाह (मायक्रोफ्लुइडिक; microfluidic) तंत्र वापरून एकल-टप्पा प्रक्रियेने प्रभावी नॅनोपार्टिकल-लेपित मायक्रोफायबर तयार करण्याची पद्धत विकसित केली आहे. त्यांच्या अलीकडील संशोधनात त्यांनी दाखवून दिले की या एकाच टप्प्याच्या पद्धतीमुळे मायक्रोफायबरवर (सूक्ष्म तंतूंवर) नॅनोपार्टिकलचे एकसमान लेपन चढवता येते. संशोधकांनी मॅग्नेशियम ऑक्साईड-लेपित मायक्रोफायबर तयार करून त्या मायक्रोफायबरच्या पाण्यातून शिसे (lead), कॅडमियम आणि आर्सेनिक यांसारखे जड धातू गाळण्याच्या कामगिरीची तपासणी केली. मॅग्नेशियम ऑक्साईड (MgO) नॅनोपार्टिकल त्यांनी स्वतः तयार केले होते.
संशोधकांनी दोन काचेच्या नळ्या असलेल्या रचनेचा उपयोग केला: आतील ०.७ मि.मी. व्यासाच्या नळीत डायमिथाइलएसिटामाइड (डीएमएसी; DMAc) ह्या द्रावकात विरघळवलेले पॉलीव्हिनायलिडीन फ्लोराईड (पीव्हीडीएफ; PVDF) नावाचे पॉलिमर सिरिंज पंपाच्या मदतीने ढकलले जाते. त्याच वेळी, १ चौरस मि.मी. छेद क्षेत्रफळ असलेल्या बाहेरच्या नळीत दुसरा सिरिंज पंप नॅनोपार्टिकलचे द्रावण सोडतो. संशोधकांनी पॉलिमर आणि नॅनोपार्टिकल द्रावणाचा प्रवाह आणि सांद्रता नियंत्रित केली, ज्यामुळे तंतू तयार होत असतानाच त्यावर नॅनोपार्टिकलचा एकसारखा लेप चढवणे शक्य झाले. काचेच्या नळ्या सूक्ष्मद्रव उपकरण (मायक्रोफ्लुइडिक डिव्हाइस) म्हणून काम करत असल्याने द्रवांवर अचूक नियंत्रण ठेवता येते. जेव्हा आतल्या नळीतून पॉलिमर जेटच्या स्वरूपात बाहेर पडते, तेव्हा ते नॅनोपार्टिकल असलेल्या पाण्याच्या संपर्कात येतो. डायमिथाइलएसिटामाइड पाण्यात विखुरले जाते, व पॉलिमरच्या द्रव जेटचे एका घन तंतूमध्ये रूपांतर होते. या एकाच टप्प्याच्या पद्धतीत मायक्रोफायबर तयार होत असतानाच त्यांच्यावर नॅनोपार्टिकलचे हवे तसे लेपन करता येते.
“मॅग्नेशियम ऑक्साईडचे नॅनोपार्टिकल तंतूच्या पृष्ठभागाला चांगल्या प्रकारे चिकटतात कारण धन प्रभार असलेले मॅग्नेशियम ऑक्साईड नॅनोपार्टिकल ऋण प्रभार असलेल्या पॉलीव्हिनायलिडीन फ्लोराईड पॉलिमरकडे तीव्रपणे आकर्षित होतात. संपूर्ण प्रक्रियेदरम्यान नॅनोपार्टिकल वाहून नेणारे पाणी पॉलिमरच्या जेटभोवती असते, ज्यामुळे नॅनोपार्टिकल सतत एकसमानपणे मायक्रोफायबरला वेढून ठेवतात. तंतूंवर नॅनोपार्टिकलचे एकसमान लेपन मिळवण्यासाठी हे खूप महत्त्वाचे आहे,” प्रा. गुंडबाला स्पष्ट करतात.
ज्ञात प्रमाणात शिसे, कॅडमियम आणि आर्सेनिक असलेल्या पाण्याच्या नमुन्यातून हे धातू काढून टाकण्यात मॅग्नेशियम ऑक्साईड-लेपित पॉलीव्हिनायलिडीन फ्लोराईडचे तंतू किती प्रभावी आहेत हे संशोधकांनी तपासले. जेव्हा पाणी फिल्टरमधून जाते, तेव्हा नॅनोपार्टिकल विद्युतस्थितिक आकर्षण (इलेक्ट्रोस्टॅटिक अट्रॅक्शन) किंवा आयन विनिमय(आयन एक्सचेंज) प्रक्रियेद्वारे धातूंना पकडून ठेवतात, ज्यामुळे केवळ स्वच्छ पाणी पुढे जाते. या परिणामांवरून असे दिसून येते की सदर पद्धतीचा वापर घरगुती पाण्याच्या आणि भूजलाच्या शुद्धीकरणासाठी मोठ्या प्रमाणावर केला जाऊ शकतो.
प्रा. बंद्योपाध्याय सांगतात,
“भांडी घासण्याच्या सिंकखाली किंवा संपूर्ण घरातील पाणी शुद्ध करणाऱ्या फिल्टर युनिटमध्ये किंवा सुवाह्य (पोर्टेबल) जलशुद्धीकरण युनिट्स आणि मॉड्यूलर फिल्टरमध्ये, असे नॅनोमटेरिअल-लेपित तंतू भरलेले कार्ट्रिज किंवा कॉलम वापरता येतील . ”
मायक्रोफायबरचा उपयोग केवळ पाणी शुद्ध करण्यापुरता मर्यादित नाही. विविध प्रकारच्या तंतूंचा, उदाहरणार्थ क्वांटम डॉट-लेपित (लहान अर्धवाहक कणांनी लेपित) तंतूंचा वापर प्रदूषके ओळखण्यासाठी संवेदक म्हणून केला जाऊ शकतो. टायटॅनियम ऑक्साईड, तांबे किंवा चांदीच्या नॅनोपार्टिकलमध्ये उत्कृष्ट जीवाणूविरोधी गुणधर्म असतात आणि त्यांचा वापर जखम भरून येण्यासाठीच्या पट्ट्या आणि खाद्यपदार्थांच्या पॅकेजिंगमध्ये करता येतो. औषधांनी लेपित तंतूंचा उपयोग शरीराच्या विशिष्ट भागांमध्ये औषध पोहोचवण्यासाठी केला जाऊ शकतो, ज्यामुळे ऊतींच्या वाढीला प्रोत्साहन मिळते. नॅनोपार्टिकल्सचा वापर मायक्रोप्लास्टिक आणि इतर सेंद्रिय प्रदूषके काढून टाकण्यासाठी देखील केला जाऊ शकतो.
प्रा. गुंडबाला म्हणतात,
“चुंबकीय लोह ऑक्साईडचे नॅनोपार्टिकल, ग्राफीन ऑक्साईड रॉड किंवा तत्सम नॅनोमटेरिअलचे लेपन असलेले मायक्रोफायबर, मायक्रोप्लास्टिक पकडून ठेवण्यात खूप प्रभावी ठरतात. त्याचप्रमाणे, इमाइन-फंक्शनलाइज्ड सिलिका नॅनोपार्टिकल, निकेल ऑक्साईड किंवा झिंक ऑक्साईड नॅनोपार्टिकलचे लेपन असलेले तंतू सेंद्रिय प्रदूषकांना अडकवण्यासाठी उत्तम असतात.”