संदर्भ:
भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान (IIT) बॉम्बे के शोधकर्ताओं ने एक दोहरे-पक्षीय सुपरहाइड्रोफोबिक लेजर-प्रेरित ग्राफीन (DSLIG) बाष्पित्र बनाया है जो पानी के विलवणीकरण में सहायता कर सकता है | यह खोज वैश्विक स्तर पर ताजे पानी की कमी के खिलाफ लड़ाई में एक बड़ी प्रगति को दर्शाती है।
सौर विलवणीकरण की वर्तमान सीमाएँ
पृथ्वी पर उपलब्ध जल का केवल 3% ही ताजा जल है, तथा इसमें से भी 0.05% से भी कम आसानी से उपलब्ध है।
समुद्री जल और खारे पानी से नमक को हटाना (विलवणीकरण) इस समस्या के समाधान के रूप में देखा जा रहा है, तथा शोधकर्ता अधिक कुशल और तीव्र विलवणीकरण तकनीक विकसित करने की दिशा में काम कर रहे हैं।
अलवणीकरण से उत्पन्न लवणीय पानी (सांद्रित नमक का घोल) स्थलबद्ध स्थानों में एक बड़ी समस्या है, और उद्योग शून्य तरल उत्सर्जन की तलाश में हैं।
सौर ऊर्जा आधारित विलवणीकरण अपने कम कार्बन पदचिह्न के कारण वांछनीय है। लेकिन, सूर्य के प्रकाश की तीव्रता और उपलब्धता में उतार-चढ़ाव मौजूदा तरीकों की दक्षता और स्थिरता को सीमित करता है।
सौर ऊर्जा आधारित विलवणीकरण विधियों में से एक है इंटरफेशियल वाष्पीकरण प्रणाली। इसमें एक वाष्पीकरण यंत्र होता है जो ऐसी सामग्रियों से बना होता है जो सौर ऊर्जा को अवशोषित कर सकते हैं और गर्म कर सकते हैं।
- पानी की सतह पर रखा गया बाष्पित्र, पूरे जल को गर्म करने के बजाय, बाष्पित्र की सतह पर पानी की एक पतली परत पर सौर ऊष्मा को केंद्रित करता है।
- यह स्थानीयकृत तापन ऊष्मा की हानि को न्यूनतम करता है तथा विलवणीकरण प्रक्रिया की दक्षता को बढ़ाता है।
ये प्रणालियाँ ऊष्मा के नुकसान को कम करती हैं और दक्षता में सुधार करती हैं। हालाँकि, वे इसके प्रति भी संवेदनशील हैं:
- बादलों की स्थिति या असंगत सौर विकिरण के दौरान प्रदर्शन में कमी।
- वाष्पीकरणकर्ता की सतहों पर नमक के क्रिस्टल का निर्माण पानी के संपर्क में बाधा डालता है और दक्षता को कम करता है।
DSLIG बाष्पीकरणकर्ताओं का लक्ष्य इन दोनों मुद्दों का समाधान करना है।
दोहरे-पक्षीय सुपरहाइड्रोफोबिक लेजर-प्रेरित ग्राफीन (DSLIG) के बारे में
इसमें दो नवाचार शामिल हैं:
- दोहरे हीटिंग मोड: इसे सौर ऊर्जा और बिजली (जूल हीटिंग) दोनों का उपयोग करके गर्म किया जा सकता है। यह उतार-चढ़ाव वाली धूप के साथ भी लगातार प्रदर्शन सुनिश्चित करता है।
- सुपरहाइड्रोफोबिक सतह: यह सतह कमल के पत्तों की तरह पानी को पीछे हटाती है, जिससे संपर्क क्षेत्र कम हो जाता है, इसलिए बूंदें चिपकने के बजाय लुढ़क जाती हैं। यह वाष्पीकरणकर्ता पर नमक के संचय को रोकता है और दीर्घकालिक दक्षता सुनिश्चित करता है।
सामग्री डिजाइन और निर्माण: DSLIG का निर्माण निम्नलिखित का उपयोग करके किया जाता है:
- पॉली ईथर सल्फोन (PES) का एक आधार, जो यांत्रिक शक्ति प्रदान करता है।
- पॉली ईथर सल्फोन एक थर्मोप्लास्टिक बहुलक है जो अपनी उच्च तापीय स्थिरता, अच्छे रासायनिक प्रतिरोध और जैव-संगतता के लिए जाना जाता है।
- एक तरफ पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (PVDF) की कोटिंग, जो हाइड्रोफोबिसिटी को सक्षम बनाती है।
- PVDF जैसे पीजोइलेक्ट्रिक पॉलिमर ऐसे पॉलिमर हैं जो दबाव/तनाव के तहत सतह पर विद्युत आवेश उत्पन्न कर सकते हैं और इस प्रकार यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित कर सकते हैं।
- PVDF पक्ष पर लेजर प्रौद्योगिकी के माध्यम से ग्राफीन उत्कीर्णन।
DSLIG नाम इसकी दोहरी-तरफा संरचना को दर्शाता है – स्थिरता के लिए PES और सुपरहाइड्रोफोबिसिटी (जल प्रतिरोधी प्रकृति) के लिए PVDF।
प्रदर्शन और अनुप्रयोग:
- नमक के जमाव को रोकता है: सतह पर नमक के जमाव को रोकने के लिए कमल के पत्ते जैसा व्यवहार प्रदर्शित करता है।
- दोहरी हीटिंग के तहत संचालित: सौर और विद्युत दोनों हीटिंग के साथ कुशलतापूर्वक कार्य करता है।
- उच्च लवणता वाले जल का उपचार: मौजूदा संयंत्रों से निकलने वाले खारे पानी को विलवणीकरण करने और औद्योगिक अपशिष्ट जल के उपचार के लिए प्रभावी।
- स्केलेबल प्रदर्शन: जब एकाधिक इवेपोरेटर्स को एक साथ रखा जाता है तो प्रदर्शन में सुधार होता है।
- सतत क्षमता: कम कार्बन फुटप्रिंट, कम विषाक्तता और लागत-प्रभावशीलता के साथ, DSLIG बड़े पैमाने पर टिकाऊ अलवणीकरण और अपशिष्ट जल उपचार के लिए एक आशाजनक समाधान है।