বিশুদ্ধ জলের অভাব সামাজিক উন্নয়নের ক্ষেত্রে একটি ক্রমবর্ধমান গুরুতর প্রতিবন্ধকতা। জানা যায় যে, বিশ্বের ২৯% মানুষ নিরাপদ পানীয় জলের অভাবে ভুগছে এবং জনসংখ্যা বৃদ্ধি ও পরিবেশগত সমস্যার কারণে বিশুদ্ধ জলের চাহিদা ক্রমাগত বেড়েই চলেছে। করোনাভাইরাস রোগের (নিওকরোনাভাইরাস নিউমোনিয়া) বর্তমান প্রাদুর্ভাবের প্রেক্ষাপটে স্যানিটেশন ব্যবস্থাসহ বিশুদ্ধ জল বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ। শুধুমাত্র সূর্যালোককে শক্তি উৎস হিসেবে ব্যবহার করে সমুদ্রের জল ও বর্জ্য জল থেকে বিশুদ্ধ জল উৎপাদনের জন্য সৌরশক্তিচালিত জল বাষ্পীভবনকে অন্যতম সম্ভাবনাময় প্রযুক্তি হিসেবে বিবেচনা করা হয়। এই প্রযুক্তি মূলত সৌর শোষকের উপর নির্ভরশীল, যা বাষ্পীভবন যন্ত্র হিসেবে সৌরশক্তিকে তাপে রূপান্তরিত করে বাষ্প তৈরি করে। উচ্চ হারে জল বাষ্পীভবন এবং সৌর তাপ রূপান্তর দক্ষতা অর্জনের জন্য, আদর্শ উপাদানটির সৌর বর্ণালীর একটি বড় অংশ দক্ষতার সাথে ব্যবহার করার জন্য বিস্তৃত শোষণ ক্ষমতা, তাপের অপচয় রোধ করার জন্য কম তাপ পরিবাহিতা এবং কার্যকর জল পরিবহনের জন্য ত্রিমাত্রিক (3D) ছিদ্রযুক্ত চ্যানেল থাকা উচিত। এখন পর্যন্ত, বিজ্ঞানীরা কার্বন (যেমন, গ্রাফিন বা কার্বন ন্যানোটিউব), পলিমার, ধাতু ও ধাতব অক্সাইড এবং তাদের সংকর ইত্যাদির উপর ভিত্তি করে বিভিন্ন আলোক-তাপীয় উপাদান তৈরি করেছেন।
সাম্প্রতিক বছরগুলোতে বিজ্ঞানীরা অন্বেষণ এবং অনেক যুগান্তকারী সাফল্য অর্জনে কঠোর পরিশ্রম করে চলেছেন, তাই আসুন সাম্প্রতিক কয়েকটি প্রকাশনা থেকে আলোক-তাপীয় পদ্ধতিতে বিশুদ্ধ পানি উৎপাদনের গবেষণার অগ্রগতি সম্পর্কে জেনে নেওয়া যাক।
- প্রকৃতির সাথে যোগাযোগ: গাছের পাতা সৌরশক্তিচালিত, উচ্চ-দক্ষতাসম্পন্ন জল পরিশোধক যন্ত্রের অনুপ্রেরণা জোগায়
প্রাকৃতিক সংবাহী উদ্ভিদের পাতা সূর্যালোকের শক্তিতে টন টন বিশুদ্ধ জল উৎপাদন করার জন্য অভিস্রবণ চাপ, বাষ্পমোচন এবং রেচনের পার্থক্যের উপর নির্ভর করে। এই থেকে অনুপ্রাণিত হয়ে, চিংহুয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের চুন লি-র দলের গবেষকরা কার্যকর জল পরিশোধন ও উৎপাদনের জন্য একটি সূর্যালোক-চালিত পরিশোধক যন্ত্রের কথা জানিয়েছেন। এই সূর্যালোক-চালিত পরিশোধক যন্ত্রটিতে একটি সুপারহাইড্রফিলিক মেলামাইন ফোম ব্যাকবোনের উপর একটি নেতিবাচক তাপমাত্রা-সংবেদনশীল পলি(এন-আইসোপ্রোপাইলএক্রিলামাইড) হাইড্রোজেল (পিএন) নোঙর করা থাকে এবং এর বাইরের দিকে একটি পিএনআইপিএএম-পরিবর্তিত গ্রাফিন (পিজি) ফিল্টার মেমব্রেনের প্রলেপ দেওয়া থাকে। আণবিক গতিবিদ্যা সিমুলেশন এবং পরীক্ষামূলক ফলাফল দেখিয়েছে যে, তুলনামূলকভাবে অনমনীয় মেলামাইন ব্যাকবোনের সুপারহাইড্রফিলিক প্রকৃতি পিএনপিজি-এফ পরিশোধকটির স্ফীতি/সংকোচনের হারকে উল্লেখযোগ্যভাবে ত্বরান্বিত করে। একই সূর্যালোকের তীব্রতার বিকিরণে, এই যৌক্তিকভাবে প্রকৌশলকৃত কাঠামোটি বাষ্পীভবন এবং ফোঁটায় ফোঁটায় যোগ করার সমন্বিত প্রভাবে লবণাক্ত জলের উৎস থেকে একটি একক পিএনপিজি-এফ দ্বারা প্রতি ঘণ্টায় ৪.২ কেজি/বর্গমিটার জল সংগ্রহ এবং ৯৯%-এর বেশি আয়ন অপসারণ করতে সক্ষম হয়েছে। লেখক এই অত্যন্ত কার্যকর সূর্যালোক-চালিত সিস্টেমটির বিভিন্ন জল পরিশোধন ক্ষেত্রে ব্যাপক সম্ভাবনাময় প্রয়োগের কথা ভাবছেন। গবেষণাটি ‘নেচার’ সাবজার্নাল ‘নেচার কমিউনিকেশনস’-এ “Plant leaves inspired sunlight-driven purifier for high-efficiency clean water production” শিরোনামে একটি গবেষণাপত্র হিসেবে প্রকাশিত হয়েছে।
- বিজ্ঞানের অগ্রগতি: সৌর জল পরিশোধনের জন্য আলো-শোষণকারী হাইড্রোজেলের অত্যন্ত আর্দ্রতাগ্রাহী পলিমার নেটওয়ার্ক
জল পরিশোধনের জন্য সৌর বাষ্পীভবন বিশুদ্ধ জল উৎপাদনের একটি সম্ভাবনাময় প্রযুক্তি। তবে, সৌর বাষ্প উৎপাদন একটি শক্তি-নিবিড় প্রক্রিয়া, যার ফলে প্রাকৃতিক দিনের আলোতে জলের উৎপাদন কম হয়। তাই, এমন নতুন উপাদান উদ্ভাবনের ব্যাপক প্রয়োজন রয়েছে যা জল বাষ্পীভবনের জন্য শক্তির চাহিদা কমাতে এবং সৌর জল পরিশোধনকে ত্বরান্বিত করতে পারে। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের টেক্সাসের অস্টিনে অধ্যাপক গুইহুয়া ইউ-এর দল একটি উচ্চ আর্দ্রতাযুক্ত আলো-শোষণকারী হাইড্রোজেল (h-LAH) আবিষ্কারের কথা জানিয়েছেন, যা হাইড্রেশন ব্যাকবোন হিসেবে পলিভিনাইল অ্যালকোহল ও কাইটোসান এবং আলো শোষক হিসেবে পলিপাইরোল দ্বারা গঠিত। এটি জল বাষ্পীভূত করতে কম শক্তি (জলের আয়তনের ৫০%-এরও কম) ব্যবহার করে। এটি প্রমাণিত হয়েছে যে h-LAH-এর হাইড্রেশন ক্ষমতা বৃদ্ধি করলে তা জলের অবস্থার পরিবর্তন করতে এবং জলকে আংশিকভাবে সক্রিয় করতে পারে, যার ফলে জল বাষ্পীভবন সহজতর হয়। h-LAH ১ সান-এ সৌর বাষ্প উৎপাদনকে রেকর্ড হারে বাড়িয়ে প্রায় ৩.৬ কেজি/মি²/ঘণ্টা-তে উন্নীত করেছে। h-LAH-ভিত্তিক সৌর জল বাষ্পীভবন জটিল আয়নিক দূষকের বিরুদ্ধে দীর্ঘমেয়াদী স্থায়িত্ব এবং অ্যান্টিফাউলিং বৈশিষ্ট্যও প্রদর্শন করেছে। গবেষণাটি ‘সায়েন্স’ সাবজার্নাল ‘সায়েন্স অ্যাডভান্সেস’-এ “উদ্ভিদ পাতা দ্বারা অনুপ্রাণিত সূর্যালোক-চালিত পরিশোধক উচ্চ-দক্ষতার বিশুদ্ধ জল উৎপাদনের জন্য” শিরোনামের একটি গবেষণাপত্রে প্রকাশিত হয়েছিল।
- Angew: আলোক-তাপীয় জল বাষ্পীভবনের জন্য অতি-জলপ্রিয়তা এবং বিস্তৃত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো শোষণ ক্ষমতাসম্পন্ন COF উপাদান
ছিদ্রযুক্ত জৈব পলিমারের সহজাত জলবিকর্ষিতা এবং সীমিত আলো শোষণ, বিশেষ করে নিকট-ইনফ্রারেড (NIR) অঞ্চলে, সৌর বাষ্প উৎপাদনে (SSG) এর প্রয়োগকে বাধাগ্রস্ত করে এমন দুটি প্রতিবন্ধকতা। জিলিন বিশ্ববিদ্যালয়ের জিয়াওলি ইয়ানের দলের গবেষকরা ১,৪,৫,৮ টেট্রাকিস(ফিনাইলঅ্যামিনো)অ্যানথ্রাসিন-৯,১০-ডাইওন (TPAD) (TPAD-COF) এর উপর ভিত্তি করে একটি সমযোজী জৈব কাঠামো (COF) তৈরি করেছেন, যা অতি-জলপ্রিয়তা এবং বিস্তৃত আলো শোষণের জন্য পরিচিত, যা সম্পূর্ণ UV/দৃশ্যমান NIR অঞ্চল থেকে SSG-কে আবৃত করে। TPAD-COF, কোনো সংযোজনী ছাড়াই একটি কার্যকর আলোক-তাপীয় রূপান্তরকারী উপাদান হিসেবে, প্রতি ঘণ্টায় ১.৪২ কেজি/বর্গমিটার হারে চমৎকার জল বাষ্পীভবন প্রদর্শন করে এবং এক সৌর-তীব্রতার বিকিরণের অধীনে ৯৪% এর উচ্চ শক্তি রূপান্তর দক্ষতা অর্জন করে। চিলেটেড BF2 অণুর সংশ্লেষণ-পরবর্তী পরিবর্তনের মাধ্যমে TPAD-ভিত্তিক COF-এর আলো শোষণ পরিসরের আরও সম্প্রসারণ অর্জন করা হয়েছে। পদ্ধতিগত নিয়ন্ত্রণ পরীক্ষা এবং বিশ্লেষণ নিশ্চিত করে যে, ফটোথার্মাল জল বাষ্পীভবনের জন্য ব্যবহৃত বর্তমান TPAD-ভিত্তিক COF-গুলিতে ফটোথার্মাল রূপান্তর উপাদানের হাইড্রোফিলিসিটি একটি অধিকতর প্রভাবশালী ভূমিকা পালন করে। “দক্ষ সৌর বাষ্প উৎপাদনের জন্য ব্রডব্যান্ড শোষক হিসাবে সুপারহাইড্রোফিলিক ২ডি কোভ্যালেন্ট অর্গানিক ফ্রেমওয়ার্কস” শীর্ষক গবেষণা কাজটি শীর্ষস্থানীয় আন্তর্জাতিক জার্নাল Angewise-এ প্রকাশিত হয়েছে। কাজটি শীর্ষ আন্তর্জাতিক জার্নাল Angew. Chem. Int. Ed.-এ প্রকাশিত হয়েছিল।
- JACS: আলোক-তাপীয় জল বাষ্পীভবনের জন্য হাইড্রোফিলিক-হাইড্রোফোবিক দ্বৈত-অঞ্চল COF/গ্রাফিন হাইড্রোজেল
সৌর জল বাষ্পীভবন একটি টেকসই জল পরিশোধন প্রযুক্তি যা বিশ্বব্যাপী জলের অভাব কমাতে সাহায্য করতে পারে। তবে, উচ্চ শক্তি খরচ এবং জল বাষ্পীভবনের কম হারের কারণে এই প্রযুক্তিটি বড় ধরনের চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হয়। জার্মানির বার্লিন টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটির অধ্যাপক আর্নে থমাসের দল একটি সহজ ইন সিটু গ্রোথ কৌশলের মাধ্যমে একটি কোভ্যালেন্ট অর্গানিক ফ্রেমওয়ার্ক (COF)/গ্রাফিন ডুয়াল-রিজিওন হাইড্রোজেল তৈরি করেছে, যা একই উপাদানের মধ্যে হাইড্রোফিলিক এবং হাইড্রোফোবিক উভয় অঞ্চল ধারণ করে। হাইড্রোফিলিক COF হাইড্রোফোবিক গ্রাফিন অঞ্চলের একটি অংশকে আবৃত করে। দুটি সিক্তকরণ অঞ্চলের সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে, এই হাইব্রিড হাইড্রোজেলটি কার্যকরভাবে আলো সংগ্রহ, নিয়ন্ত্রণযোগ্য সিক্তকরণ ক্ষমতা, সর্বোত্তম জলীয় উপাদান এবং জল বাষ্পীভবনের জন্য কম শক্তির প্রয়োজনীয়তা প্রদর্শন করে। একটি সৌর শোষক হিসাবে, এই ডুয়াল-রিজিওন হাইড্রোজেলটি ১ সৌর বিকিরণের (১ কিলোওয়াট/বর্গমিটার) জন্য প্রতি ঘণ্টায় ৩.৬৯ কেজি/বর্গমিটার পর্যন্ত বাষ্প উৎপাদন হার অর্জন করে, যা অন্যান্য উন্নত উপকরণের সাথে তুলনীয়। এছাড়াও, এই হাইড্রোজেল ইভাপোরেটরটি সমুদ্রের জল এবং পয়ঃবর্জ্য থেকে পানযোগ্য জল উৎপাদনে ব্যবহার করা যেতে পারে, যা জল পরিশোধনের সম্ভাবনাকে তুলে ধরে। গবেষণা কাজটি শীর্ষস্থানীয় আন্তর্জাতিক জার্নাল JACS-এ “A Covalent Organic Framework/Graphene Dual-Region Hydrogel for Enhanced Solar-Driven Water Generation” শিরোনামে প্রকাশিত হয়েছে।
- বিজ্ঞানের অগ্রগতি: শাপলা পাতার গঠন থেকে অনুপ্রাণিত উচ্চ-দক্ষতা সম্পন্ন ফটোথার্মাল জল বাষ্পীভবন যন্ত্র
সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, লবণাক্ত পানি পরিশোধন এবং বর্জ্য পানি শোধনের ক্ষেত্রে উচ্চ শক্তি রূপান্তর দক্ষতা অর্জনে আন্তঃপৃষ্ঠীয় সৌর বাষ্প উৎপাদন ব্যাপক সম্ভাবনা দেখিয়েছে। তবে, সৌর শোষকের উপর ময়লা বা লবণের অনিবার্য সঞ্চয়নের কারণে উচ্চ বাষ্পীভবন হার বজায় রাখা যায় না। দ্রাব্যের ঘনত্ব বাড়ার সাথে সাথে এর অবক্ষয় ত্বরান্বিত হয়। এই সমস্যা সমাধানের জন্য, নানজিং বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক জিয়া ঝু-এর দল, শাপলা পাতার গঠন থেকে অনুপ্রাণিত হয়ে, একটি বহু-স্তরীয় কাঠামো (শাপলা-অনুপ্রাণিত স্তরক্রমিক কাঠামো (WHS) ফোটোথার্মাল-বাষ্প রূপান্তর যন্ত্র) ডিজাইন করেছে, যা ১০ ওজন শতাংশ উচ্চ ঘনত্বের লবণাক্ত জল এবং ৩০ ওজন শতাংশ বর্জ্য জল পরিশোধন করার সময় ৮০% ফোটোথার্মাল রূপান্তর দক্ষতা অর্জন করতে পারে। এটি উল্লেখযোগ্য যে, উচ্চ ঘনত্বের লবণাক্ত জল এবং বর্জ্য জল পরিশোধনের সময় বাষ্পীভবন সম্পূর্ণ না হওয়া পর্যন্ত (অর্থাৎ, “শূন্য নিঃসরণ”) ফোটোথার্মাল রূপান্তর দক্ষতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায় না এবং পৃষ্ঠতল পরিষ্কার থাকে। এই গবেষণাটি “উচ্চ লবণাক্ত ব্রাইনের স্থিতিশীল এবং দক্ষ সৌর বাষ্পীভবনের জন্য একটি শাপলা-অনুপ্রাণিত স্তরক্রমিক নকশা” শিরোনামে সায়েন্স অ্যাডভান্স জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে।
- ন্যানো শক্তি: আলোক-তাপীয় জল বাষ্পীভবনের জন্য মলিবডেনাম ডাইসালফাইড
ডিকিন ইউনিভার্সিটির ইনস্টিটিউট ফর ফ্রন্টিয়ার ম্যাটেরিয়ালস-এর লিফেং ওয়ানের দলের গবেষকরা আংশিক স্ফটিক রূপান্তরের মাধ্যমে সৌর জল বাষ্পীভবনের জন্য ট্রানজিশন মেটাল ডাইসালফাইড এবং নাইট্রোজেন-সমৃদ্ধ নাইট্রাইড হেটেরোস্ট্রাকচারের একটি সিরিজ তৈরি করেছেন। বিশেষত, এই উন্নত ২ডি হেটেরোস্ট্রাকচারগুলো ইনফ্রারেড পরিসরে বর্ধিত বর্ণালী শোষণ এবং জল, অ্যাসিড ও ক্ষারসহ বিভিন্ন দ্রবণে চমৎকার রাসায়নিক স্থিতিশীলতা প্রদর্শন করে। আরও গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো, বর্ধিত বর্ণালী শোষণ তীব্রতা এবং হ্রাসকৃত তাপ ক্ষয়ের কারণে, MoS2-Mo5N6/ মেলামাইন ফোম (MF) সৌর তাপীয় ডিভাইসটি উচ্চ বাষ্পীভবন হার (২.৩১ কেজি মি-২ঘ-১) এবং রূপান্তর দক্ষতা (১০৬.৬%) প্রদর্শন করে, যা যথাক্রমে MoS2/MF এবং MF/জল সৌর ডিভাইসের তুলনায় ১.৪ এবং ৪.৭ গুণ বেশি। এই কাজটি সৌর জল উৎপাদনের জন্য চমৎকার ফটোথার্মাল কর্মক্ষমতাসম্পন্ন উন্নত ২ডি-২ডি টিএমডি-নাইট্রোজেন-সমৃদ্ধ নাইট্রাইড হেটেরোস্ট্রাকচারের একটি সিরিজ প্রদান করে। এই গবেষণাটি ন্যানো এনার্জি নামক একটি শীর্ষস্থানীয় আন্তর্জাতিক জার্নালে “Advanced 2D-2D heterostructures of transition metal dichalcogenides and nitrogen-rich nitrides for solar water generation” শিরোনামে প্রকাশিত হয়েছে।
সৌর ফোটোথার্মাল জল বাষ্পীভবন প্রযুক্তি বিশ্বব্যাপী বিশুদ্ধ জলের ঘাটতি সমাধান করবে বলে আশা করা হচ্ছে। এখন যে বিষয়গুলোর সমাধান করা প্রয়োজন, সেগুলো হলো স্বল্প খরচে ফোটোথার্মাল উপাদান প্রস্তুত করা, উচ্চ-দক্ষতার সাথে পরিচালনা করা, এবং বাস্তব প্রয়োগ পরিবেশে এর স্থিতিশীলতা ও বহনযোগ্যতা। আমরা ভবিষ্যতে আরও ভালো ফলাফলের প্রত্যাশা করছি, যা দ্রুত সমগ্র মানবজাতির কল্যাণে অবদান রাখবে!
মেলামাইন ফোম সম্পর্কে আরও তথ্যের জন্য, অনুগ্রহ করে আমাদের সাথে [email protected] -এ ইমেল করুন অথবা +86-28-8411-1861 নম্বরে ফোন করুন।
কিছু ছবি এবং লেখা ইন্টারনেট থেকে পুনরুত্পাদন করা হয়েছে, এবং কপিরাইট মূল লেখকের। যদি কোনও লঙ্ঘন থাকে, তাহলে মুছে ফেলার জন্য আমাদের সাথে যোগাযোগ করুন।