Fluorine-Free Superhydrophobic BiFeO₃@g-C₃N₄/TEOS-PDMS Cotton Fabric with Magnetic Recoverability for Oil–Water Separation and Z-Scheme Photocatalytic Dye Degradation
यह अध्ययन एक फ्लोरीन-मुक्त, चुंबकीय रूप से पुन: प्राप्त करने योग्य BiFeO₃@g-C₃N₄/TEOS-PDMS लेपित कपास के कपड़े को प्रस्तुत करता है जो एक टिकाऊ, पर्यावरण के अनुकूल हाइब्रिड कोटिंग के माध्यम से अत्यधिक कुशल गुरुत्वाकर्षण-चालित तेल-पानी पृथक्करण और Z-स्कीम फोटोकैटलिटिक डाई क्षरण (dye degradation) प्राप्त करता है।
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दुनिया के जलमार्गों की कल्पना एक विशाल, साझा बाथटब के रूप में करें। दुर्भाग्य से, यह बाथटब दो बहुत अलग स्रोतों से गंदा हो रहा है: तेल के रिसाव जो ऊपर तैरते हैं और रंगीन रासायनिक रंग जो गहराई में घुल जाते हैं। इस गंदगी को साफ करना वैज्ञानिकों के लिए एक बुरा सपना है। पारंपरिक तरीके अक्सर एक थिम्बल (मापनी) से बाथटब से पानी निकालने की कोशिश करने जैसे होते हैं—धीमे, ऊर्जा की खपत करने वाले, और कभी-कभी और अधिक कचरा पैदा करने वाले। इसे ठीक करने के लिए, शोधकर्ता ऐसे "स्मार्ट" पदार्थों की तलाश कर रहे हैं जो एक जादुई स्पंज की तरह काम कर सकें: एक ऐसा स्पंज जो पानी को दूर धकेले लेकिन तेल को लालच से सोख ले, और यहाँ तक कि विषाक्त रंगों को साफ करने के लिए सूर्य के प्रकाश का उपयोग भी कर सके।
इस जादू की कुंजी दो विशेष तरकीबों में निहित है। पहली, "लोटस इफेक्ट" (कमल प्रभाव) है, जो कमल के पत्तों से प्रेरित है। ये पत्ते इतने खुरदरे और मोमी होते हैं कि पानी की बूंदें इनसे चिपक नहीं पातीं; वे बस लुढ़क जाती हैं, और अपने साथ गंदगी को भी ले जाती हैं। दूसरा, "फोटोकैटलिसिस" (प्रकाश-उत्प्रेरण) है, जो एक सौर-संचालित रासायनिक प्रतिक्रिया की तरह है। जब कुछ पदार्थ सूर्य के प्रकाश को पकड़ते हैं, तो वे इस ऊर्जा को एक सुपर-स्ट्रॉन्ग सफाई शक्ति में बदल देते हैं जो प्रदूषकों को तोड़ देती है। बड़ी चुनौती इन तरकीबों को एक ऐसे कपड़े में संयोजित करने की थी जो मजबूत हो, जिसे दोबारा उपयोग किया जा सके, और जो वाटरप्रूफ रहने के लिए हानिकारक रसायनों का उपयोग न करे।
यह शोध पत्र एक नया "सुपर-फैब्रिक" (अति-कपड़ा) पेश करता है जो इन सभी समस्याओं को एक साथ हल करने की कोशिश करता है। शोधकर्ताओं ने सूती कपड़े के एक साधारण टुकड़े को लिया और उसे एक हाई-टेक मेकओवर दिया। उन्होंने इसे एक विशेष मिश्रण के साथ कोट किया जिसमें दो प्रकार के सूक्ष्म कण शामिल थे: चुंबकीय आयरन-बिस्मथ क्रिस्टल और ग्राफाइटिक कार्बन नाइट्राइड नामक एक कार्बन-आधारित सामग्री। फिर उन्होंने इस सब को एक सिलिकॉन-आधारित गोंद के साथ सुरक्षित किया जो कपड़े को वाटरप्रूफ बनाता है। परिणाम स्वरूप एक ऐसा कपड़ा प्राप्त हुआ जो "सुपरहाइड्रोफोबिक" (पानी से नफरत करने वाला) और "सुपरओलिओफिलिक" (तेल से प्यार करने वाला) है।
जब उन्होंने इस कपड़े का परीक्षण किया, तो इसने कमाल कर दिखाया। यदि आप इस पर तेल और पानी का मिश्रण डालते हैं, तो पानी उछलकर बाहर गिर जाता है, लेकिन तेल सीधे इसके अंदर समा जाता है। यह कपड़ा तेल और पानी को 99% से अधिक दक्षता के साथ अलग कर सकता है, चाहे तेल भारी हो और डूब रहा हो या हल्का हो और तैर रहा हो। इससे भी शानदार बात यह है कि क्योंकि कपड़े में चुंबकीय कण मौजूद हैं, आप एक चुंबक की मदद से इसे पानी के पूल में एक रिमोट-कंट्रोल नाव की तरह चला सकते हैं ताकि तैरते हुए तेल के रिसाव को सोखा जा सके।
लेकिन यह कपड़ा केवल तेल को अलग ही नहीं करता; यह पानी को साफ भी करता है। प्रकाश (सूर्य के प्रकाश और कृत्रिम यूवी प्रकाश दोनों) के संपर्क में आने पर, यह कपड़ा एक सौर-संचालित स्कबर (साफ करने वाले यंत्र) की तरह कार्य करता है। यह रोडामाइन बी (Rhodamine B) नामक एक सामान्य लाल रंग को तोड़ देता है, जिससे दृश्य प्रकाश के तहत लगभग 83% और यूवी प्रकाश के तहत एक घंटे से थोड़े अधिक समय में 77% रंग हट जाता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह एक विशिष्ट "Z-स्कीम" तंत्र के माध्यम से होता है, जो एक रिले रेस की तरह है जहाँ कण अपनी शक्ति खोए बिना शक्तिशाली सफाई रेडिकल्स बनाने के लिए ऊर्जा को आपस में आगे बढ़ाते रहते हैं।
यह कपड़ा अविश्वसनीय रूप से मजबूत भी है। यह 5 मीटर तक सैंडपेपर (रेगमाल) से रगड़े जाने और कई बार वॉशिंग मशीन में धोने के बाद भी अपनी पानी को दूर धकेलने वाली जादुई क्षमता को बनाए रखने में सफल रहा। यह अम्लीय और नमकीन पानी में भी भीगने के बाद प्रभावी बना रहा। हालाँकि, बहुत अधिक क्षारीय (साबुन वाले) पानी में इसे थोड़ा संघर्ष करना पड़ा, लेकिन समग्र प्रदर्शन बताता है कि यह औद्योगिक अपशिष्ट जल और तेल रिसाव को साफ करने के लिए एक बहुत ही आशाजनक, पर्यावरण के अनुकूल उपकरण है जो हानिकारक फ्लोरीन रसायनों का उपयोग नहीं करता है। लेखकों का सुझाव है कि मजबूत साबुनों के प्रति इसे प्रतिरोधी बनाने के लिए थोड़े और काम के साथ, यह स्मार्ट कपड़ा हमारे पानी को साफ रखने के लिए गेम-चेंजर साबित हो सकता है।
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