سیاہ ٹیکنالوجی! جب سورج چمکتا ہے، صاف پانی دستیاب ہے! یہ حیرت انگیز مواد، ہم آپ کو ظاہر کرتے ہیں!

تازہ پانی کی کمی سماجی ترقی کے لیے ایک سنگین چیلنج ہے۔ رپورٹ میں کہا گیا ہے کہ عالمی آبادی کا 29% حصہ پینے کے صاف پانی سے محروم ہے اور آبادی میں اضافے اور ماحولیاتی مسائل کی وجہ سے صاف پانی کی طلب میں اب بھی اضافہ ہو رہا ہے۔ صفائی ستھرائی سے وابستہ صاف پانی خاص طور پر کورونا وائرس کی بیماری (نیوکورونا وائرس نمونیا) کے موجودہ پھیلاؤ کے تناظر میں اہم ہے۔ شمسی توانائی سے چلنے والے پانی کے بخارات کو سمندری پانی اور گندے پانی سے صاف پانی پیدا کرنے کے لیے سب سے زیادہ امید افزا ٹیکنالوجیز میں سے ایک سمجھا جاتا ہے جو سورج کی روشنی کو صرف توانائی کے ان پٹ کے طور پر استعمال کرتی ہے۔ ٹیکنالوجی شمسی جذب کرنے والوں پر بہت زیادہ انحصار کرتی ہے، جو بھاپ پیدا کرنے کے لیے شمسی توانائی کو حرارت میں تبدیل کرنے کے لیے بخارات کا کام کرتے ہیں۔ پانی کے بخارات کی بلند شرحوں اور شمسی توانائی سے حرارت کی تبدیلی کی افادیت حاصل کرنے کے لیے، مثالی مواد میں شمسی سپیکٹرم کے ایک بڑے حصے کو موثر طریقے سے استعمال کرنے کے لیے جذب کی ایک وسیع رینج، گرمی کے نقصان کو دبانے کے لیے کم تھرمل چالکتا، اور موثر پانی کی نقل و حمل کے لیے تین جہتی (3D) غیر محفوظ چینلز کا ہونا چاہیے۔ اب تک، سائنسدانوں نے کاربن (مثلاً گرافین یا کاربن نانوٹوبس)، پولیمر، دھاتیں اور دھاتی آکسائیڈز اور ان کے ہائبرڈ وغیرہ پر مبنی مختلف فوٹو تھرمل مواد تیار کیے ہیں۔

سائنسدان حالیہ برسوں میں دریافت کرنے اور بہت سی کامیابیاں حاصل کرنے کے لیے سخت محنت کر رہے ہیں، تو آئیے حالیہ برسوں میں فوٹو تھرمل صاف پانی کی پیداوار میں تحقیقی پیشرفت کے بارے میں کئی موضوعاتی اشاعتوں سے سیکھیں۔

1. نیچر کمیونیکیشن: پودوں کے پتے شمسی توانائی سے چلنے والے، اعلیٰ کارکردگی والے واٹر پیوریفائر کو متاثر کرتے ہیں

قدرتی عروقی پودوں کے پتے سورج کی روشنی سے چلنے والے ٹن صاف پانی پیدا کرنے کے لیے آسموٹک پریشر، ٹرانسپیریشن اور اخراج میں فرق پر انحصار کرتے ہیں۔ اس سے متاثر ہو کر چنگہوا یونیورسٹی میں چون لی کے گروپ کے محققین نے پانی صاف کرنے اور پیداوار کے لیے سورج کی روشنی سے چلنے والے پیوریفائر کی اطلاع دی ہے۔ سورج کی روشنی سے چلنے والے اس پیوریفائر میں منفی درجہ حرارت کے جواب دینے والے پولی (N-isopropylacrylamide) ہائیڈروجیل (PN) کی خصوصیات ہے جو ایک سپر ہائیڈرو فیلک میلامین فوم ریڑھ کی ہڈی پر لنگر انداز ہے اور باہر کی طرف PNIPAm میں ترمیم شدہ گرافین (PG) فلٹر جھلی کے ساتھ لیپت ہے۔ مالیکیولر ڈائنامکس سمیولیشنز اور تجرباتی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ نسبتاً سخت میلامین ریڑھ کی ہڈی کی سپر ہائیڈرو فیلک نوعیت نے PNPG-F پیوریفائر کی سوجن/ڈی سوجن کی شرح کو نمایاں طور پر تیز کر دیا۔ اسی سورج کی روشنی کی شدت کی شعاع ریزی کے تحت، یہ عقلی طور پر انجنیئرڈ ڈھانچہ 4.2 کلوگرام/m2/h جمع کرنے اور ایک PNPG-F کے لیے 99% آئن کو برائن فیڈ سے بخارات اور ڈرپ کے اضافے کے ہم آہنگی اثرات کے ذریعے ہٹانے کی سہولت فراہم کرتا ہے۔ مصنف پانی کے علاج کے مختلف ایپلی کیشنز میں اس انتہائی موثر سورج کی روشنی سے چلنے والے نظام کے لیے بڑی ممکنہ ایپلی کیشنز کا تصور کرتا ہے۔ یہ مطالعہ نیچر کے ذیلی جریدے نیچر کمیونیکیشنز میں ایک مقالے کے طور پر شائع کیا گیا تھا جس کا عنوان تھا "پلانٹ لیز انسپائرڈ سورج کی روشنی سے چلنے والا پیوریفائر اعلی کارکردگی والے صاف پانی کی پیداوار کے لیے"۔

2. سائنس کی پیشرفت: شمسی پانی صاف کرنے کے لیے روشنی کو جذب کرنے والے ہائیڈروجلز کے انتہائی ہائیڈریٹ ایبل پولیمر نیٹ ورک

پانی صاف کرنے کے لیے شمسی توانائی سے پانی کی بخارات میٹھے پانی کی پیداوار کے لیے ایک امید افزا ٹیکنالوجی ہے۔ تاہم، شمسی بخارات کی پیداوار توانائی پر مبنی ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں قدرتی دن کی روشنی میں پانی کی پیداوار کم ہوتی ہے۔ اس لیے ایسے نئے مواد تیار کرنے کی بہت ضرورت ہے جو پانی کے بخارات کے لیے توانائی کی طلب کو کم کر سکیں اور شمسی توانائی سے پانی صاف کرنے کے عمل کو تیز کر سکیں۔ آسٹن، ٹیکساس، USA میں پروفیسر Guihua Yu کے گروپ نے ایک انتہائی ہائیڈریٹڈ لائٹ جذب کرنے والا ہائیڈروجیل (h-LAH) رپورٹ کیا ہے جس میں پولی وینیل الکحل اور چائٹوسن ہائیڈریشن ریڑھ کی ہڈی کے طور پر اور پولی پائرول روشنی جذب کرنے والے کے طور پر ہے، جو کم توانائی استعمال کر سکتا ہے (پانی کے حجم کا <50%)۔ یہ ظاہر کیا گیا کہ H-LAH کی ہائیڈریشن کی صلاحیت میں اضافہ پانی کی حالت کو تبدیل کر سکتا ہے اور پانی کو جزوی طور پر فعال کر سکتا ہے، اس طرح پانی کے بخارات میں آسانی پیدا ہوتی ہے۔ h-LAH ​​نے 3.6 سورج میں ~2 kg/m1/h کی ریکارڈ شرح تک شمسی بخارات کی پیداوار میں اضافہ کیا۔ h-LAH ​​پر مبنی شمسی پانی کے بخارات نے بھی پیچیدہ آئنک آلودگیوں کے خلاف طویل مدتی استحکام اور اینٹی فاؤلنگ خصوصیات کی نمائش کی۔ یہ تحقیق سائنس کے ذیلی جریدے سائنس ایڈوانسز میں "پلانٹ لیز انسپائرڈ سورج کی روشنی سے چلنے والے پیوریفائر برائے اعلی کارکردگی صاف پانی کی پیداوار" کے عنوان سے شائع ہوئی تھی۔

3. اینجیو: فوٹو تھرمل پانی کے بخارات کے لیے سپر ہائیڈرو فیلیسیٹی اور وسیع طول موج کی روشنی کو جذب کرنے والے COF مواد

غیر محفوظ نامیاتی پولیمر کی موروثی ہائیڈروفوبیسیٹی اور محدود روشنی جذب، خاص طور پر قریب اورکت (NIR) خطے میں، دو رکاوٹیں ہیں جو شمسی بھاپ کی پیداوار (SSG) میں ان کے استعمال میں رکاوٹ ہیں۔ جیلن یونیورسٹی میں Xiaoli Yan کے گروپ کے محققین نے 1,4,5,8 tetrakis (phenylamino) anthracene-9,10-dione (TPAD-COF) پر مبنی ایک ہم آہنگی نامیاتی فریم ورک (COF) تیار کیا ہے، جس کی خصوصیت سپر ہائیڈرو فیلیسیٹی اور وسیع روشنی جذب کرنے والے پورے علاقے سے ہے جس میں NSG/SIG کی روشنی کو جذب کیا جا سکتا ہے۔ TPAD-COF، بغیر کسی اضافی کے ایک موثر فوٹو تھرمل کنورژن مواد کے طور پر، 1.42 kg/m2/h کے پانی کے بہترین بخارات کی نمائش کرتا ہے اور ایک شمسی شدت کی شعاع ریزی کے تحت 94% کی اعلی توانائی کی تبدیلی کی کارکردگی حاصل کرتا ہے۔ TPAD پر مبنی COF لائٹ جذب کرنے کی حد میں مزید توسیع چیلیٹڈ BF2 مالیکیولز کے بعد کی مصنوعی ترمیم کے ذریعے حاصل کی گئی۔ منظم کنٹرول کے تجربات اور تجزیہ اس بات کی تصدیق کرتے ہیں کہ فوٹو تھرمل کنورژن میٹریل کی ہائیڈرو فیلیسیٹی موجودہ TPAD پر مبنی COFs میں زیادہ غالب کردار ادا کرتی ہے جو فوٹو تھرمل پانی کے بخارات کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ تحقیقی کام، جس کا عنوان ہے "Superhydrophilic2D Covalent Organic Frameworks as Broadband absorbers for Efficient Solar Steam Generation،" اعلیٰ درجے کے بین الاقوامی جریدے Angewise میں شائع ہوا۔ یہ کام اعلیٰ بین الاقوامی جریدے اینجیو میں شائع ہوا تھا۔ کیم انٹر ایڈ

4. JACS: فوٹو تھرمل پانی کے بخارات کے لیے ہائیڈرو فیلک-ہائیڈروفوبک ڈوئل ریجن COF/گرافین ہائیڈروجیل

شمسی توانائی سے پانی کی بخارات ایک پائیدار پانی کے علاج کی ٹیکنالوجی ہے جو عالمی سطح پر پانی کی کمی کو دور کرنے میں مدد کر سکتی ہے۔ تاہم، اس ٹیکنالوجی کو زیادہ توانائی کی کھپت اور پانی کے بخارات کی کم بخارات کی شرح کی وجہ سے بڑے چیلنجز کا سامنا ہے۔ برلن، جرمنی کی ٹیکنیکل یونیورسٹی میں پروفیسر آرنے تھامس کا گروپ، ایک ہم آہنگ آرگینک فریم ورک (COF)/گرافین ڈوئل ریجن ہائیڈروجیل کی رپورٹ کرتا ہے جس میں ایک ہی مواد میں ہائیڈرو فیلک اور ہائیڈرو فوبک دونوں جگہیں ایک سادہ سی سیٹو گروتھ اسٹریٹجی کے ذریعے شامل ہیں۔ ہائیڈرو فیلک سی او ایف ہائیڈروفوبک گرافین کے علاقے کا احاطہ کرتا ہے۔ دو گیلے علاقوں کے عین مطابق کنٹرول کے ذریعے، ہائبرڈ ہائیڈروجیل مؤثر روشنی کی کٹائی، ٹیون ایبل ویٹیبلٹی، پانی کے بہتر مواد، اور پانی کے بخارات کے لیے کم توانائی کی ضرورت کو ظاہر کرتا ہے۔ شمسی جذب کرنے والے کے طور پر، دوہری ریجن ہائیڈروجیل 3.69 شمسی شعاع ریزی (2kw/m1) کے لیے 1 kg/m2/h تک بخارات کی پیداوار کی شرح حاصل کرتا ہے، جس کا موازنہ دیگر جدید مواد سے کیا جا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، اس ہائیڈروجیل ایوپوریٹر کو سمندری پانی اور سیوریج سے پینے کے قابل پانی بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جو پانی کے علاج کی صلاحیت کو ظاہر کرتا ہے۔ تحقیقی کام جریدے JACS میں "A Covalent Organic Framework/Graphene Dual-Region Hydrogel for Enhanced Solar-driven Water Generation" کے نام سے شائع ہوا، JACS، ایک اعلیٰ بین الاقوامی جریدہ۔

5. سائنس کی ترقی: واٹر للی بلیڈ کی ساخت سے متاثر اعلی کارکردگی والا فوٹو تھرمل واٹر ایوپوریٹر

حالیہ برسوں میں، انٹرفیشل شمسی بخارات کی پیداوار نے ڈی سیلینیشن اور گندے پانی کے علاج کے لیے اعلی توانائی کے تبادلوں کی کارکردگی کو حاصل کرنے میں بڑی صلاحیت ظاہر کی ہے۔ تاہم، شمسی جاذب پر فاؤلنگ یا نمک کے بظاہر ناگزیر جمع ہونے کی وجہ سے بخارات کی بلند شرح کو برقرار نہیں رکھا جا سکتا۔ محلول کی حراستی میں اضافے کے ساتھ ہی انحطاط کو تیز کیا جاتا ہے۔ اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے، نانجنگ یونیورسٹی میں پروفیسر جیا ژو کے گروپ نے، پانی کی للی کے پتوں کی ساخت سے متاثر ہو کر، ایک ملٹی اسٹیج سٹرکچر (واٹر للی سے متاثر ہیئرارکیکل سٹرکچر (WHS) فوٹو تھرمل-ویپر کنورژن ڈیوائس ڈیزائن کیا، جو کہ 80% فوٹو تھرمل کنورژن کی کارکردگی حاصل کر سکتا ہے جب کہ نمکین پانی کو 10 فیصد زیادہ ٹریٹ کیا جا سکتا ہے۔ یہ بات قابل ذکر ہے کہ بہت زیادہ مرتکز نمکین پانی اور گندے پانی کے علاج کے دوران بخارات کے مکمل ہونے تک (یعنی "زیرو ڈسچارج") کی سطح صاف نہیں رہتی ہے، یہ کام سائنس ایڈوانس میں "A Water-lily-inspired for Styarchiven کے لیے ہائی آرکائیل ایبل ڈیزائن کے عنوان سے شائع کیا گیا تھا۔ نمکین پانی"۔

6. نینو توانائی: فوٹو تھرمل پانی کے بخارات کے لیے مولیبڈینم ڈسلفائیڈ

ڈیکن یونیورسٹی کے انسٹی ٹیوٹ فار فرنٹیئر میٹریلز میں لائفنگ وان کے گروپ کے محققین نے جزوی کرسٹل تبدیلی کے ذریعے شمسی پانی کے بخارات کے لیے ٹرانزیشن میٹل ڈسلفائیڈ اور نائٹروجن سے بھرپور نائٹرائڈ ہیٹرو سٹرکچرز کا ایک سلسلہ تیار کیا ہے۔ خاص طور پر، یہ جدید 2D ہیٹرسٹرکچرز انفراریڈ رینج میں بہتر سپیکٹرل جذب اور پانی، تیزاب اور بیسز سمیت مختلف حلوں میں بہترین کیمیائی استحکام کی نمائش کرتے ہیں۔ زیادہ اہم بات یہ ہے کہ اسپیکٹرل جذب کی شدت میں اضافہ اور گرمی کے نقصان میں کمی کی وجہ سے، MoS2-Mo5N6/ melamine foam (MF) سولر تھرمل ڈیوائس زیادہ بخارات کی شرح (2.31 kg m-2h-1) اور تبادلوں کی کارکردگی (106.6%) کو ظاہر کرتا ہے، جو کہ MoS2-Mo5N6/M2F/4.7 سے زیادہ ہے۔ MF/واٹر سولر ڈیوائسز بالترتیب۔ یہ کام شمسی پانی کی پیداوار کے لیے بہترین فوٹو تھرمل کارکردگی کے ساتھ اعلی درجے کی 2D-2D TMDs- نائٹروجن سے بھرپور نائٹرائڈ ہیٹرو سٹرکچرز کا ایک سلسلہ فراہم کرتا ہے۔ یہ کام ایک اعلیٰ بین الاقوامی جریدے نینو انرجی میں "ایڈوانسڈ 2D-2D heterostructures of transition metal dichalcogenides and nitrogen-rich nitrides for solar water production" کے طور پر شائع ہوا تھا۔

شمسی توانائی سے فوٹو تھرمل واٹر ایوپیریشن ٹیکنالوجی سے صاف پانی کی عالمی قلت کو دور کرنے کی توقع ہے، اب جس چیز کو حل کرنے کی ضرورت ہے وہ ہے فوٹو تھرمل مواد کی کم لاگت کی تیاری، اعلیٰ کارکردگی کے ساتھ ساتھ عملی اطلاق کے ماحول میں استعمال کی استحکام اور نقل پذیری، تمام بنی نوع انسان کے ابتدائی فائدے کے لیے مستقبل میں مزید نتائج کے منتظر!

میلمین فوم کے بارے میں مزید معلومات کے لیے، براہ کرم ہم سے [email protected] پر رابطہ کریں یا ہمیں آواز دیں: +86-28-8411-1861۔

کچھ تصاویر اور تحریریں انٹرنیٹ سے دوبارہ تیار کی گئی ہیں، اور کاپی رائٹ اصل مصنف کا ہے۔ اگر کوئی خلاف ورزی ہوتی ہے تو، براہ کرم حذف کرنے کے لیے ہم سے رابطہ کریں۔