IIT ગાંધીનગરના સંશોધકોએ નેકસ્ટ-જનરેશન એનર્જી ટેકનોલોજી માટે ટકાઉ, બિન-ઝેરી જળ-પ્રતિરોધક કોટિંગ્સ વિકસાવ્યા

ગાંધીનગરઃ જળ-પ્રતિરોધક (વોટર રેપેલન્ટ) સપાટીઓ સાથે ઔદ્યોગિક વિશ્વનો ગાઢ સંબંધ છે. પાવર પ્લાન્ટ્સથી લઈને ઓફિસોની વિશાળ ઇમારતોમાં એર કન્ડીશનીંગ સિસ્ટમ્સ સુધી, સપાટી પર પાણી કેવી રીતે વર્તે છે તે નિયંત્રિત કરવાની ક્ષમતા સીધી રીતે વધેલી ઊર્જા કાર્યક્ષમતા, ઘટાડેલા ખર્ચ અને વધેલી કાર્યકારી વિશ્વસનીયતામાં પરિવર્તિત કરે છે. છતાં આ પ્રગતિને સક્ષમ બનાવનારા રસાયણોએ પર્યાવરણીય કટોકટી ઊભી કરી છે, જેના કારણે ઇજનેરોને તેમના અભિગમ પર પુનર્વિચાર કરવાની ફરજ પડી છે.

આ મૂંઝવણને સંબોધતા, ઇન્ડિયન ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ટેકનોલોજી ગાંધીનગર (IITGN)ના સંશોધકોએ એક નવું, પર્યાવરણને અનુકૂળ કોટિંગ વિકસાવ્યું છે જે હાનિકારક ફ્લોરિનેટેડ રસાયણો પર આધાર રાખ્યા વિના ધાતુની સપાટીઓને ખૂબ જ જળ-પ્રતિરોધક બનાવી શકે છે. સ્મોલ જર્નલમાં પ્રકાશિત આ અભ્યાસમાં કુદરતી રીતે મેળવેલા પદાર્થોનો ઉપયોગ કરીને લગભગ-સુપરહાઇડ્રોફોબિક એલ્યુમિનિયમ સપાટી બનાવવાની જાણ કરવામાં આવી છે, જે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતા પર- અને પોલીફ્લોરોઆલ્કિલ પદાર્થો (PFAS)-આધારિત કોટિંગ્સનો સલામત અને સ્કેલેબલ વિકલ્પ છે. પર્યાવરણને અનુકૂળ ફોર્મ્યુલેશન સેપિઓલાઇટ, એક માટી ખનિજ; મિરિસ્ટિક એસિડ, એક વનસ્પતિ તેલમાં જોવા મળતું ફેટી એસિડ; અને ઇથિલ સેલ્યુલોઝ, એક બાયોડિગ્રેડેબલ પોલિમરને જોડે છે. એક સરળ અને ખર્ચ-અસરકારક ડીપ-કોટિંગ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને, IITGNની સ્માર્ટ એનર્જી અને થર્મલ ટ્રાન્સપોર્ટ લેબની ટીમે એક પાતળું, ટકાઉ કોટિંગ બનાવ્યું જે પાણીને સરળતાથી ઉપર અને નીચે ફેરવવાનું કારણ બને છે, લગભગ 140° ના પાણીના સંપર્ક કોણને પ્રાપ્ત કરે છે, જે PFAS-આધારિત સપાટીઓ સાથે તુલનાત્મક છે.

"અમે એક પ્રકૃતિ-પ્રેરિત હાઇડ્રોફોબિક સપાટી ડિઝાઇન કરી છે જે લગભગ 140° ના પાણીના સંપર્ક કોણને પ્રાપ્ત કરે છે, જે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી PFAS-આધારિત સપાટીઓ સાથે તુલનાત્મક છે," IITGN ના મિકેનિકલ એન્જિનિયરિંગ વિભાગના સહાયક પ્રોફેસર અને અભ્યાસના મુખ્ય તપાસકર્તા ડૉ. સૌમ્યદીપ સેટે જણાવ્યું હતું. પાણી અને તેલને દૂર કરવાની ક્ષમતા માટે લાંબા સમયથી મૂલ્યવાન PFAS સંયોજનો, પર્યાવરણમાં તેમની સ્થિરતાને કારણે વિશ્વભરમાં વધુને વધુ પ્રતિબંધિત થઈ રહ્યા છે. આનાથી તેમને "કાયમ માટે રસાયણો" નું લેબલ મળ્યું છે, સંશોધન સંયોજનો અને કેન્સર, રોગપ્રતિકારક તંત્રની સમસ્યાઓ અને અન્ય ગંભીર આરોગ્ય જોખમો વચ્ચે મજબૂત જોડાણો દર્શાવે છે.

"ઝેરી કૃત્રિમ કોટિંગ્સને બદલવા માટે કુદરતી રીતે મેળવેલા પદાર્થો પર આધાર રાખીને, અમે આ પર્યાવરણીય અને આરોગ્ય પડકારોને બાયપાસ કર્યા," અભ્યાસના સહ-પ્રથમ લેખક અને SETT લેબના પ્રોજેક્ટ એસોસિયેટ શ્રીમતી અરુણિમા રોયે સમજાવ્યું. ટીમે પાણીના પ્રતિકાર માટે જરૂરી નેનોસ્કેલ સ્કેફોલ્ડિંગ બનાવવા માટે સેપિઓલાઇટ પસંદ કર્યું. પાણી પ્રત્યે માટીના કુદરતી આકર્ષણને દૂર કરવા માટે, સંશોધકોએ તેને મિરિસ્ટિક એસિડ સાથે જોડ્યું, જે નારિયેળ અને જાયફળ તેલમાં જોવા મળતું ફેટી એસિડ છે, જેનાથી તે હાઇડ્રોફોબિક બને છે અને ધાતુઓ સાથે મજબૂત સંલગ્નતા સુનિશ્ચિત કરે છે. છેલ્લે, પ્લાન્ટ-આધારિત પોલિમર, ઇથિલ સેલ્યુલોઝ, નો ઉપયોગ કોટિંગને એકસાથે બાંધવા માટે કરવામાં આવ્યો, જેમાં વધારાનો જળ પ્રતિકાર ઉમેરવામાં આવ્યો અને ટકાઉપણું વધ્યું.

પ્રયોગશાળા પરીક્ષણોમાં, કોટેડ સપાટીઓએ સ્થિર ડ્રોપવાઇઝ કન્ડેન્સેશન જાળવી રાખ્યું, એક પ્રક્રિયા જેમાં પાણીની વરાળ ટીપાં બનાવે છે જે સતત ફિલ્મ તરીકે ફેલાતા નથી, પરંતુ સપાટીથી ઝડપથી અલગ થઈ જાય છે. આ ડ્રોપવાઇઝ મોડ પરંપરાગત ફિલ્મવાઇઝ કન્ડેન્સેશનની તુલનામાં ઘણા માપદંડો દ્વારા ગરમી ટ્રાન્સફર વધારવા માટે જાણીતું છે. "અમારા કોટિંગે અત્યાધુનિક PFAS-આધારિત સપાટીઓ સાથે તુલનાત્મક કન્ડેન્સેશન હીટ ટ્રાન્સફર દર પ્રાપ્ત કર્યા, જે થર્મલ પાવર જનરેશન, રેફ્રિજરેશન અને ડિસેલિનેશન સિસ્ટમ્સમાં ઉપયોગ માટે મજબૂત સંભાવના દર્શાવે છે," SETT લેબના સહ-પ્રથમ લેખક અને પ્રોજેક્ટ એસોસિયેટ શ્રીમતી મિશ્રાના દત્તાએ સમજાવ્યું.

કોટિંગે ઉત્તમ યાંત્રિક અને રાસાયણિક ટકાઉપણું પણ દર્શાવ્યું, વારંવાર ઘર્ષણ, પાણીની અસર અને એસિડિક અને મૂળભૂત વાતાવરણના સંપર્ક પછી તેના વોટર રેપેલન્ટ ગુણધર્મો જાળવી રાખ્યા. આ પરિણામો સૂચવે છે કે નવી સામગ્રી ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનોમાં વાસ્તવિક-વિશ્વની ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓનો સામનો કરી શકે છે. "આ ટેકનોલોજી એવા ક્ષેત્રો માટે ગેમ-ચેન્જર બની શકે છે જે કાર્યક્ષમ કન્ડેન્સેશન અને હીટ ટ્રાન્સફર પર આધાર રાખે છે," SETT લેબના ભૂતપૂર્વ રિસર્ચ એસોસિયેટ શ્રી રાહુલ નલ્લાનાએ ટિપ્પણી કરી, જેઓ દક્ષિણ કોરિયાની જીઓનબુક નેશનલ યુનિવર્સિટીમાં ડોક્ટરેટનો અભ્યાસ કરી રહ્યા છે. કારણ કે આ પ્રક્રિયામાં વિપુલ પ્રમાણમાં કુદરતી સામગ્રી અને સીધી ડીપ-કોટિંગ પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે, સંશોધકો માને છે કે તેને ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે સરળતાથી વધારી શકાય છે.

ઊર્જા પ્રણાલીઓ ઉપરાંત, PFAS-મુક્ત કોટિંગનો ઉપયોગ પાણી સંગ્રહ, એન્ટિ-આઇસિંગ, કાટ નિવારણ અને સેલ્ફ-ક્લિનિંગ સામગ્રી તેમજ બાયોમેડિકલ અને ખાદ્ય ઉદ્યોગોમાં થઈ શકે છે, જ્યાં રાસાયણિક સલામતી મહત્વપૂર્ણ છે.