दुनिया के विभिन्न हिस्सों में मीठे पानी की कमी से निपटने के लिए एक महत्वपूर्ण सफलता में, इंडियन इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी बॉम्बे के वैज्ञानिकों ने एक नई सामग्री विकसित की है जो जल विलवणीकरण की सुविधा प्रदान कर सकती है।
शोधकर्ताओं के प्रोफेसर स्वातंट्र प्रताप सिंह और ऐसवेर्या सीएल ने दोहरे पक्षीय सुपरहाइड्रोफोबिक लेजर-प्रेरित ग्राफीन (DSLIG) वाष्पीकरण को विकसित किया है जो पहले के बाष्पीकरणकर्ताओं की कई कमियों को संबोधित करता है और बड़े पैमाने पर अनुप्रयोगों की क्षमता रखता है।
जबकि पानी पृथ्वी पर प्रचुर मात्रा में है, इसका लगभग 3% केवल मीठा पानी है, और इसके भीतर भी, 0.05% से कम आसानी से सुलभ है। समुद्री जल और खारे पानी से नमक (विलवणीकरण) को हटाने को इस समस्या को संबोधित करने के लिए समाधानों में से एक के रूप में देखा जाता है, शोधकर्ताओं के साथ अधिक कुशल और तेजी से अलवणीकरण तकनीकों को विकसित करने की दिशा में काम करने के लिए। हालांकि, डिसेलिनेशन से ब्राइन (केंद्रित नमक समाधान) लैंडलॉक किए गए स्थानों में एक बड़ी समस्या है, और उद्योग शून्य तरल निर्वहन की तलाश कर रहे हैं।
शोधकर्ताओं ने कहा कि सौर ऊर्जा-आधारित विलवणीकरण विधियों को उनके कम कार्बन पदचिह्न के कारण वांछनीय माना जाता है। हालांकि, सूर्य के प्रकाश की तीव्रता और उपलब्धता में उतार-चढ़ाव और प्रकाश के अवशोषण की कम दर जैसे कारक सौर ऊर्जा-आधारित विलवणीकरण तकनीकों की दक्षता और स्थिरता को बहुत प्रभावित करते हैं।
श्री सिंह ने बताया कि हाल के वर्षों में, इंटरफेसियल वाष्पीकरण प्रणाली एक आशाजनक दृष्टिकोण के रूप में उभरी हैं। इन प्रणालियों का प्रमुख घटक उन सामग्रियों से बना एक बाष्पीकरणकर्ता है जो सौर ऊर्जा को अवशोषित कर सकता है और गर्म कर सकता है। बाष्पीकरणकर्ता, पानी की सतह पर रखा गया, पूरे वॉल्यूम को गर्म करने के बजाय बाष्पीकरणकर्ता की सतह पर पानी की एक पतली परत पर सौर गर्मी को केंद्रित करता है। यह स्थानीयकृत हीटिंग गर्मी के नुकसान को कम करता है और विलवणीकरण प्रक्रिया की दक्षता को बढ़ाता है।
हालांकि, इस लाभ के बावजूद, पारंपरिक सौर विलवणीकरण तकनीकों के साथ समस्याएं इंटरफेसियल बाष्पीकरणकर्ताओं को भी प्रभावित करती हैं।
“सौर विकिरण में उतार -चढ़ाव वाष्पीकरण की सतह पर तापमान भिन्नता का कारण बनता है। बादल के दिनों में, सौर ऊर्जा की कमी के कारण इंटरफैसिअल सिस्टम का प्रदर्शन रोक दिया जाता है। इसके अलावा, दिन के दौरान सौर विकिरण में भिन्नता वाष्पीकरण प्रक्रिया को प्रभावित करती है, वाष्पीकरण दरों के साथ आमतौर पर 2 बजे जब सोलर इंटेंसिटी होती है, तो सोलर इंटेंसिटी होती है।”
इंटरफेसियल वाष्पीकरण प्रणालियों के साथ एक और बड़ी चुनौती बाष्पीकरणकर्ताओं की सतह पर नमक क्रिस्टल का बयान है। सतह पर नमक का जमाव पानी को बाष्पीकरणकर्ता के संपर्क में आने से रोकता है, और परिणामस्वरूप, इसकी दक्षता समय के साथ कम हो जाती है। इस शोध का उद्देश्य इन दोनों मुद्दों को संबोधित करना है। सोलर हीटिंग के अलावा, DSLIG बाष्पीकरणकर्ताओं को बिजली का उपयोग करके भी गर्म किया जा सकता है (जिसे जूल हीटिंग के रूप में जाना जाता है), श्री सिंह ने कहा।
सौर और इलेक्ट्रिक हीटिंग को मिलाकर, सामग्री को सूर्य के प्रकाश की उपलब्धता में उतार -चढ़ाव से बचाया जाता है। जब कम या कोई धूप नहीं होती है, तो बिजली का उपयोग बाष्पीकरणकर्ता को गर्म करने और समान तापमान बनाए रखने के लिए किया जा सकता है, जो लगातार प्रदर्शन सुनिश्चित करता है। इसके अतिरिक्त, DSLIG में एक सुपरहाइड्रोफोबिक संपत्ति है, जिसका अर्थ है कि यह कमल के पत्तों की तरह पानी को पीछे करता है।
उनकी सतहों की विशेषताओं के कारण, सुपरहाइड्रोफोबिक सामग्री पानी की बूंदों और सामग्री की सतह के बीच संपर्क क्षेत्र को कम करती है, जिससे बूंदों को गीला करने के बजाय उन पर रोल किया जाता है।
“डिसेलिनेशन अनुप्रयोगों में, डीएसएलआईजी की सुपरहाइड्रोफोबिक प्रकृति पानी में भंग किए गए नमक को बाष्पीकरणकर्ता की सतह से चिपकाने से रोकने में मदद करती है, इस प्रकार समय के साथ दक्षता बनाए रखती है। हमारे काम का प्राथमिक लक्ष्य एक सुपरहाइड्रोफोबिक सतह बनाने के लिए था, लोटस प्रभाव को प्रदर्शित करना, सोलर और जोले दोनों के साथ कामकाज करने में सक्षम,” श्री सिंह ने बताया।
शोधकर्ताओं ने एक अन्य बहुलक LIG, पॉली (ईथर सल्फोन) (PES) की एक पतली परत के एक तरफ पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (PVDF) नामक एक बहुलक की एक परत को कोटिंग करके DSLIG का निर्माण किया। ग्राफीन को तब लेजर-आधारित उत्कीर्णन तकनीक का उपयोग करके सामग्री के PVDF बहुलक पक्ष पर उत्कीर्ण किया गया था। “सामग्री इस तथ्य से अपना नाम प्राप्त करती है कि इसके दो अलग -अलग पक्ष हैं जो दो पॉलिमर और उपयोग की जाने वाली निर्माण तकनीक द्वारा गठित होते हैं। PES पानी को पीछे नहीं हटाता है, लेकिन वाष्पीकरण को आसानी से तोड़ने से रोकने के लिए यह आवश्यक है। यदि केवल PES का उपयोग किया जाता है, तो PVDF का उपयोग करने वाली या अधिक से अधिक सर्फेबिलिटी का उपयोग किया जाता है। कुशल वाष्पीकरण प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक हाइड्रोफोबिक विशेषताओं में योगदान दिया, ”प्रोफेसर ने कहा।
प्रयोगशाला परीक्षणों से पता चलता है कि DSLIG न केवल लोटस लीफ जैसे व्यवहार को प्रदर्शित करता है, इलेक्ट्रिक और सौर ताप दोनों के तहत विलवणीकरण के लिए नमक के जमाव और उत्कृष्ट दक्षता को रोकता है, बल्कि बेहद केंद्रित नमक समाधानों के इलाज में भी बहुत प्रभावी है। यह अन्य अलवणीकरण आउटलेट के साथ -साथ औद्योगिक अपशिष्ट जल से नमक पानी के निर्वहन के इलाज के लिए एक आदर्श उम्मीदवार बनाता है।
शोधकर्ताओं ने यह भी प्रदर्शित किया है कि DSLIG का प्रदर्शन तब सुधार होता है जब कई बाष्पीकरणकर्ताओं को एक दूसरे के ऊपर ढेर कर दिया जाता है। जबकि कम कार्बन पदचिह्न, कम विषाक्तता, और लागत-प्रभावशीलता DSLIG को बड़े पैमाने पर टिकाऊ अलवणीकरण अनुप्रयोगों और औद्योगिक अपशिष्ट जल के उपचार के लिए एक संभावित उम्मीदवार बनाते हैं। श्री सिंह ने कहा कि बड़े पैमाने पर अनुप्रयोगों के किए जाने से पहले आगे के क्षेत्र परीक्षण की आवश्यकता होती है।
“इस तकनीक की औद्योगिक तत्परता को सुनिश्चित करने और परीक्षण करने में टीम के सामने आने वाली प्रमुख बाधाओं में से एक फंडिंग की कमी है। इस बीच, हम इस तरह की अधिक सुपरहाइड्रोफोबिक सामग्रियों को विकसित करने के लिए उत्सुक हैं जो एक साथ सौर और विद्युत ऊर्जा दोनों का उपयोग कर सकते हैं, और भी अधिक दक्षता के साथ,” श्री सिंह ने कहा।
प्रकाशित – 17 अप्रैल, 2025 07:49 AM IST
