काळी तंत्रज्ञान! सूर्यप्रकाश पडतो तेव्हा स्वच्छ पाणी उपलब्ध होते! ही अद्भुत सामग्री, आम्ही तुम्हाला सांगतो!

सामाजिक विकासासमोरील गोड्या पाण्याची कमतरता ही एक गंभीर आव्हान आहे. असे नोंदवले गेले आहे की जागतिक लोकसंख्येच्या २९% लोकांना सुरक्षित पिण्याचे पाणी मिळत नाही आणि लोकसंख्या वाढ आणि पर्यावरणीय समस्यांमुळे स्वच्छ पाण्याची मागणी अजूनही वाढत आहे. कोरोनाव्हायरस रोगाच्या (निओकोरोनाव्हायरस न्यूमोनिया) सध्याच्या उद्रेकाच्या संदर्भात स्वच्छतेशी संबंधित स्वच्छ पाणी विशेषतः महत्वाचे आहे. सूर्यप्रकाशाचा एकमेव ऊर्जा इनपुट म्हणून वापर करून समुद्राच्या पाण्यापासून आणि सांडपाण्यापासून स्वच्छ पाणी तयार करण्यासाठी सौरऊर्जेवर चालणारे पाण्याचे बाष्पीभवन हे सर्वात आशादायक तंत्रज्ञानांपैकी एक मानले जाते. हे तंत्रज्ञान सौर शोषकांवर मोठ्या प्रमाणात अवलंबून असते, जे सौर ऊर्जेचे उष्णतेमध्ये रूपांतर करून वाफ निर्माण करण्यासाठी बाष्पीभवन करणारे म्हणून काम करतात. उच्च पाण्याचे बाष्पीभवन दर आणि सौर उष्णता रूपांतरण कार्यक्षमता प्राप्त करण्यासाठी, आदर्श पदार्थात सौर स्पेक्ट्रमचा मोठा भाग कार्यक्षमतेने वापरण्यासाठी विस्तृत शोषकता, उष्णता कमी करण्यासाठी कमी थर्मल चालकता आणि कार्यक्षम जलवाहतुकीसाठी त्रिमितीय (३D) सच्छिद्र चॅनेल असणे आवश्यक आहे. आतापर्यंत, शास्त्रज्ञांनी कार्बन (उदा., ग्राफीन किंवा कार्बन नॅनोट्यूब), पॉलिमर, धातू आणि धातू ऑक्साईड आणि त्यांचे संकर इत्यादींवर आधारित विविध फोटोथर्मल साहित्य विकसित केले आहेत.

अलिकडच्या वर्षांत शास्त्रज्ञ अनेक शोध लावण्यासाठी आणि यश मिळवण्यासाठी कठोर परिश्रम करत आहेत, म्हणून अलिकडच्या वर्षांत फोटोथर्मल स्वच्छ पाणी निर्मितीमध्ये झालेल्या संशोधन प्रगतीबद्दल अनेक स्थानिक प्रकाशनांमधून जाणून घेऊया.

1. निसर्ग संवाद: वनस्पतींची पाने सौरऊर्जेवर चालणारी, उच्च-कार्यक्षमता असलेली जलशुद्धीकरणाची प्रेरणा देतात

नैसर्गिक रक्तवहिन्यासंबंधी वनस्पतींची पाने सूर्यप्रकाशाद्वारे भरपूर स्वच्छ पाणी तयार करण्यासाठी ऑस्मोटिक दाब, बाष्पोत्सर्जन आणि उत्सर्जनातील फरकांवर अवलंबून असतात. यापासून प्रेरित होऊन, किंगहुआ विद्यापीठातील चुन ली यांच्या गटातील संशोधकांनी कार्यक्षम पाणी शुद्धीकरण आणि उत्पादनासाठी सूर्यप्रकाश-चालित प्युरिफायरचा अहवाल दिला आहे. या सूर्यप्रकाश-चालित प्युरिफायरमध्ये सुपरहायड्रोफिलिकवर अँकर केलेले नकारात्मक तापमान-प्रतिसाद देणारे पॉली(एन-आयसोप्रोपायलायक्रिलामाइड) हायड्रोजेल (पीएन) आहे. मेलामाइन फोम पाठीचा कणा आणि बाहेरील बाजूस PNIPAm-सुधारित ग्राफीन (PG) फिल्टर पडद्याने लेपित. आण्विक गतिशीलता सिम्युलेशन आणि प्रायोगिक निकालांवरून असे दिसून आले की तुलनेने कठोर मेलामाइन पाठीच्या कण्याच्या सुपरहायड्रोफिलिक स्वरूपामुळे PNPG-F प्युरिफायरच्या सूज/सूज कमी होण्याच्या दरात लक्षणीय वाढ झाली. त्याच सूर्यप्रकाशाच्या तीव्रतेच्या विकिरणाखाली, या तर्कशुद्धपणे तयार केलेल्या संरचनेने बाष्पीभवन आणि ठिबक जोडणीच्या सहक्रियात्मक प्रभावांद्वारे ब्राइन फीडमधून एका PNPG-F साठी 4.2 kg/m2/h संकलन आणि 99% पेक्षा जास्त आयन काढणे प्रदान केले. लेखक विविध जल उपचार अनुप्रयोगांमध्ये या अत्यंत कार्यक्षम सूर्यप्रकाश-चालित प्रणालीसाठी मोठ्या संभाव्य अनुप्रयोगांची कल्पना करतात. हा अभ्यास नेचर सबजर्नल नेचर कम्युनिकेशन्समध्ये "वनस्पतींच्या पानांनी उच्च-कार्यक्षमतेच्या स्वच्छ पाण्याच्या उत्पादनासाठी प्रेरणा दिली सूर्यप्रकाश-चालित शुद्धीकरण" शीर्षकाच्या पेपर म्हणून प्रकाशित झाला.

2. विज्ञानाची प्रगती: सौर जल शुद्धीकरणासाठी प्रकाश-शोषक हायड्रोजेलचे उच्च-जलयुक्त पॉलिमर नेटवर्क

पाण्याच्या शुद्धीकरणासाठी सौर पाण्याचे बाष्पीभवन हे गोड्या पाण्याच्या उत्पादनासाठी एक आशादायक तंत्रज्ञान आहे. तथापि, सौर बाष्प निर्मिती ही ऊर्जा-केंद्रित आहे, ज्यामुळे नैसर्गिक दिवसा प्रकाशात कमी पाणी उत्पादन होते. म्हणूनच, पाण्याच्या बाष्पीभवनाची ऊर्जेची मागणी कमी करू शकतील आणि सौर जल शुद्धीकरणाला गती देऊ शकतील अशा नवीन साहित्य विकसित करण्याची खूप गरज आहे. ऑस्टिन, टेक्सास, यूएसए येथील प्राध्यापक गुईहुआ यू यांच्या गटाने पॉलीव्हिनाइल अल्कोहोल आणि चिटोसन हायड्रेशन बॅकबोन म्हणून आणि पॉलीपायरोल प्रकाश शोषक म्हणून बनलेला एक उच्च हायड्रेटेड प्रकाश-शोषक हायड्रोजेल (h-LAH) नोंदवला आहे, जो पाण्याचे बाष्पीभवन करण्यासाठी कमी ऊर्जा (पाण्याच्या आकारमानाच्या <50%) वापरू शकतो. असे दिसून आले की h-LAH ​​ची हायड्रेशन क्षमता वाढवल्याने पाण्याची स्थिती बदलू शकते आणि पाण्याचे अंशतः सक्रिय होऊ शकते, ज्यामुळे पाण्याचे बाष्पीभवन सुलभ होते. h-LAH ​​ने एका सूर्यप्रकाशात सौर बाष्प उत्पादन ~3.6 kg/m2/h या विक्रमी दराने वाढवले. h-LAH-आधारित सौर पाण्याचे बाष्पीभवन देखील दीर्घकालीन टिकाऊपणा आणि जटिल आयनिक दूषित घटकांविरुद्ध अँटीफॉलिंग गुणधर्म प्रदर्शित केले. हे संशोधन सायन्स सबजर्नल सायन्स अ‍ॅडव्हान्सेसमध्ये "उच्च-कार्यक्षमतेच्या स्वच्छ पाण्याच्या उत्पादनासाठी वनस्पतींच्या पानांनी प्रेरित सूर्यप्रकाश-चालित शुद्धीकरण" या शीर्षकाच्या पेपरमध्ये प्रकाशित झाले.

3. अँज्यू: प्रकाश-औष्णिक पाण्याच्या बाष्पीभवनासाठी सुपरहायड्रोफिलिसिटी आणि विस्तृत तरंगलांबी प्रकाश शोषण असलेले COF पदार्थ

विशेषत: जवळच्या-इन्फ्रारेड (NIR) प्रदेशात सच्छिद्र सेंद्रिय पॉलिमरचे अंतर्निहित हायड्रोफोबिसिटी आणि मर्यादित प्रकाश शोषण हे सौर वाष्प निर्मिती (SSG) मध्ये त्यांच्या वापरात अडथळा आणणारे दोन अडथळे आहेत. जिलिन विद्यापीठातील झियाओली यान यांच्या गटातील संशोधकांनी 1,4,5,8 टेट्राकिस (फेनिलामिनो) अँथ्रेसीन-9,10-डायोन (TPAD) (TPAD-COF) वर आधारित एक सहसंयोजक सेंद्रिय फ्रेमवर्क (COF) विकसित केले आहे, जे संपूर्ण UV/दृश्यमान NIR प्रदेशातून SSG ला व्यापणारे सुपरहायड्रोफिलिसिटी आणि व्यापक प्रकाश शोषण द्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे. TPAD-COF, कोणत्याही अॅडिटीव्हशिवाय एक कार्यक्षम फोटोथर्मल रूपांतरण सामग्री म्हणून, 1.42 kg/m2/h चे उत्कृष्ट पाण्याचे बाष्पीभवन प्रदर्शित करते आणि एका सौर तीव्रतेच्या विकिरणाखाली 94% ची उच्च ऊर्जा रूपांतरण कार्यक्षमता प्राप्त करते. TPAD-आधारित COF प्रकाश शोषण श्रेणीचा आणखी एक विस्तार चिलेटेड BF2 रेणूंच्या पोस्ट-सिंथेटिक मॉडिफिकेशनद्वारे साध्य करण्यात आला. पद्धतशीर नियंत्रण प्रयोग आणि विश्लेषण पुष्टी करतात की फोटोथर्मल पाण्याच्या बाष्पीभवनासाठी वापरल्या जाणाऱ्या सध्याच्या TPAD-आधारित COF मध्ये फोटोथर्मल रूपांतरण सामग्रीची हायड्रोफिलिसिटी अधिक प्रभावी भूमिका बजावते. "सुपरहायड्रोफिलिक2D कोव्हॅलेंट ऑरगॅनिक फ्रेमवर्क्स अॅज ब्रॉडबँड अ‍ॅब्सॉर्बर्स फॉर एफिशिएंट सोलर स्टीम जनरेशन" या शीर्षकाचे संशोधन कार्य अँजवाइज या टॉप-टियर आंतरराष्ट्रीय जर्नलमध्ये प्रकाशित झाले. हे काम अँज्यू. केम. इंट. एड या टॉप आंतरराष्ट्रीय जर्नलमध्ये प्रकाशित झाले.

4. JACS: फोटोथर्मल पाण्याच्या बाष्पीभवनासाठी हायड्रोफिलिक-हायड्रोफोबिक ड्युअल-रीजन COF/ग्राफीन हायड्रोजेल

सौर पाण्याचे बाष्पीभवन हे एक शाश्वत जल उपचार तंत्रज्ञान आहे जे जागतिक पाण्याची कमतरता कमी करण्यास मदत करू शकते. तथापि, उच्च ऊर्जा वापर आणि पाण्याच्या बाष्पीभवनाचा कमी बाष्पीभवन दरामुळे या तंत्रज्ञानाला मोठ्या आव्हानांना तोंड द्यावे लागते. जर्मनीतील बर्लिनच्या टेक्निकल युनिव्हर्सिटीमधील प्रो. आर्ने थॉमस यांच्या गटाने एका साध्या इन सिटू ग्रोथ स्ट्रॅटेजीद्वारे एका पदार्थात हायड्रोफिलिक आणि हायड्रोफोबिक दोन्ही क्षेत्रे असलेल्या सहसंयोजक सेंद्रिय फ्रेमवर्क (COF)/ग्राफीन ड्युअल-रीजन हायड्रोजेलचा अहवाल दिला आहे. हायड्रोफिलिक COF हायड्रोफोबिक ग्राफीन प्रदेशाचा एक भाग व्यापतो. दोन ओल्या प्रदेशांचे अचूक नियंत्रण करून, हायब्रिड हायड्रोजेल प्रभावी प्रकाश संकलन, ट्यून करण्यायोग्य ओलेपणा, ऑप्टिमाइझ केलेले पाणी सामग्री आणि पाण्याच्या बाष्पीभवनासाठी कमी ऊर्जा आवश्यकता दर्शविते. सौर शोषक म्हणून, ड्युअल-रीजन हायड्रोजेल 1 सौर विकिरण (1kw/m2) साठी 3.69 kg/m2/h पर्यंत वाष्प निर्मिती दर प्राप्त करतो, जो इतर प्रगत पदार्थांशी तुलना करता येतो. याव्यतिरिक्त, या हायड्रोजेल बाष्पीभवनाचा वापर समुद्राच्या पाण्यापासून आणि सांडपाण्यापासून पिण्यायोग्य पाणी तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो, जो पाण्याच्या प्रक्रियेची क्षमता दर्शवितो. हे संशोधन कार्य "अ कोव्हॅलेंट ऑरगॅनिक फ्रेमवर्क/ग्राफीन ड्युअल-रीजन हायड्रोजेल फॉर एन्हान्स्ड सोलर-ड्रिव्हन वॉटर जनरेशन" या जर्नलमध्ये प्रकाशित झाले आहे, जेएसीएस, एक अव्वल आंतरराष्ट्रीय जर्नल.

5. विज्ञानातील प्रगती: वॉटर लिली ब्लेड स्ट्रक्चर-प्रेरित उच्च-कार्यक्षमता फोटोथर्मल वॉटर इव्हॅपोरेटर

अलिकडच्या वर्षांत, डिसॅलिनेशन आणि सांडपाणी प्रक्रिया करण्यासाठी उच्च ऊर्जा रूपांतरण कार्यक्षमता साध्य करण्यासाठी इंटरफेशियल सौर बाष्प निर्मितीने मोठी क्षमता दर्शविली आहे. तथापि, सौर शोषकांवर फाउलिंग किंवा मीठ जमा होणे अपरिहार्य असल्याने उच्च बाष्पीभवन दर राखता येत नाहीत. द्राव्य सांद्रता वाढत असताना क्षयीकरण वेगवान होते. या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, नानजिंग विद्यापीठातील प्रो. जिया झू यांच्या गटाने, वॉटर लिलीच्या पानांच्या रचनेपासून प्रेरित होऊन, एक बहु-स्तरीय रचना (वॉटर-लिली-प्रेरित पदानुक्रमिक संरचना (WHS) फोटोथर्मल-वाष्प रूपांतरण उपकरण तयार केले, जे अत्यंत केंद्रित खाऱ्या पाण्याच्या 10 wt% आणि 30 wt% सांडपाण्यावर प्रक्रिया करताना 80% फोटोथर्मल रूपांतरण कार्यक्षमता प्राप्त करू शकते. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की बाष्पीभवन पूर्ण होईपर्यंत (म्हणजेच, "शून्य डिस्चार्ज") अत्यंत केंद्रित ब्राइन आणि सांडपाण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान फोटोथर्मल रूपांतरण कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या कमी होत नाही आणि पृष्ठभाग स्वच्छ राहतो. हे काम सायन्स अॅडव्हान्समध्ये "अ वॉटर-लिली-प्रेरित पदानुक्रमिक डिझाइन फॉर स्टेबल अँड एफिशिएंट सोलर इव्हॅपोरेशन ऑफ हाय सॅलिनिटी ब्राइन" या शीर्षकाखाली प्रकाशित झाले आहे.

6. नॅनोऊर्जा: फोटोथर्मल पाण्याच्या बाष्पीभवनासाठी मोलिब्डेनम डायसल्फाइड

डीकिन युनिव्हर्सिटीच्या इन्स्टिट्यूट फॉर फ्रंटियर मटेरियल्समधील लाइफेंग वॅन यांच्या गटातील संशोधकांनी आंशिक क्रिस्टल ट्रान्सफॉर्मेशनद्वारे सौर पाण्याच्या बाष्पीभवनासाठी संक्रमण धातू डायसल्फाइड आणि नायट्रोजन-समृद्ध नायट्राइड हेटेरोस्ट्रक्चर्सची मालिका विकसित केली आहे. विशेषतः, हे प्रगत 2D हेटेरोस्ट्रक्चर्स इन्फ्रारेड रेंजमध्ये वाढलेले वर्णक्रमीय शोषण आणि पाणी, आम्ल आणि बेससह विविध द्रावणांमध्ये उत्कृष्ट रासायनिक स्थिरता प्रदर्शित करतात. अधिक महत्त्वाचे म्हणजे, वाढलेले वर्णक्रमीय शोषण तीव्रता आणि कमी उष्णता नुकसान यामुळे, MoS2-Mo5N6/मेलामाइन फोम (MF) सौर औष्णिक उपकरण उच्च बाष्पीभवन दर (2.31 kg m-2h-1) आणि रूपांतरण कार्यक्षमता (106.6%) प्रदर्शित करते, जे अनुक्रमे MoS2/MF आणि MF/पाणी सौर उपकरणांपेक्षा 1.4 आणि 4.7 पट जास्त आहे. हे काम सौर जल निर्मितीसाठी उत्कृष्ट फोटोथर्मल कामगिरीसह प्रगत 2D-2D TMDs-नायट्रोजन-समृद्ध नायट्राइड हेटेरोस्ट्रक्चर्सची मालिका प्रदान करते. हे काम नॅनो एनर्जी या शीर्ष आंतरराष्ट्रीय जर्नलमध्ये "प्रगत 2D-2D हेटेरोस्ट्रक्चर्स ऑफ ट्रांझिशन मेटल डायचॅल्कोजेनाइड्स अँड नायट्रोजन-समृद्ध नायट्राइड्स फॉर सोलर वॉटर जनरेशन" म्हणून प्रकाशित झाले आहे.

सौर फोटोथर्मल पाण्याचे बाष्पीभवन तंत्रज्ञानामुळे स्वच्छ पाण्याची जागतिक कमतरता दूर होण्याची अपेक्षा आहे, आता ज्या गोष्टी सोडवण्याची आवश्यकता आहे ती म्हणजे फोटोथर्मल सामग्रीची कमी किमतीची तयारी, उच्च-कार्यक्षमता ऑपरेशन, तसेच व्यावहारिक अनुप्रयोग वातावरणात वापरण्याची स्थिरता आणि पोर्टेबिलिटी, भविष्यात सर्व मानवजातीच्या लवकर फायद्यासाठी अधिक परिणामांची अपेक्षा आहे!

मेलामाइन फोमबद्दल अधिक माहितीसाठी, कृपया आमच्याशी येथे संपर्क साधा [ईमेल संरक्षित] किंवा आम्हाला कॉल करा: +८६-२८-८४११-१८६१.

काही चित्रे आणि मजकूर इंटरनेटवरून पुनरुत्पादित केले आहेत आणि कॉपीराइट मूळ लेखकाचे आहे. जर काही उल्लंघन झाले असेल तर कृपया ते हटविण्यासाठी आमच्याशी संपर्क साधा.