रसायन विज्ञान को बढ़ावा देने के लिए बिजली का उपयोग

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रसायन विज्ञान को बढ़ावा देने के लिए बिजली का उपयोग

धातु कार्बनिक संरचनाएं (एमओएफ) उत्प्रेरक, सेंसर और गैस भंडारण जैसे कई अनुप्रयोगों के साथ एक आशाजनक वर्ग हैं। एमओएफ, जिनका पिछले दो दशकों से बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है, आमतौर पर रासायनिक प्रक्रियाओं का उपयोग करके उत्पादित किए जाते हैं जिनमें उच्च गर्मी और उच्च दबाव की आवश्यकता होती है।

अब, डेलावेयर विश्वविद्यालय के रसायनज्ञ जोएल रोसेन्थल और एरिक बलोच रिपोर्ट कर रहे हैं कि कमरे के तापमान पर अक्षय बिजली का उपयोग करके सीधे लोहे पर आधारित एमओएफ उत्पादों का उत्पादन करना संभव है।

यूडी-जनरेटेड विधि एमओएफ उत्पादों को जल्दी, भरोसेमंद और सस्ते में बनाने के लिए बिजली का उपयोग करने में 96% कुशल है। यूटी शोधकर्ताओं ने प्रकाशित एक नए पेपर में अग्रिम सूचना दी एसीएस केंद्रीय विज्ञान, अमेरिकी रसायन सोसाइटी का जर्नल।

यूडी कॉलेज ऑफ आर्ट्स एंड साइंसेज में रसायन शास्त्र और जैव रसायन के प्रोफेसर रोसेन्थल के मुताबिक, एमओएफ के बारे में सोचने का सबसे आसान तरीका खिलौनों की कल्पना करना है, जहां धातु परमाणुओं के समूह खिलौने के लकड़ी के पहियों और स्पिंडल का प्रतिनिधित्व करते हैं जो छोटे कार्बनिक अणुओं से जुड़ते हैं। एक साथ क्लस्टर।

बीच में वैक्युम हैं जिनमें रासायनिक भंडारण और पृथक्करण की अपार संभावनाएं हैं। उदाहरण के लिए, एमओएफ सामग्री के एक मटर के आकार के ढेर में एक आंतरिक सतह क्षेत्र होता है जो दो फुटबॉल मैदानों के आकार का होता है और इसका उपयोग मीथेन या हाइड्रोजन, व्यक्तिगत गैसों और प्रतिक्रियाओं जैसी गैसों को बढ़ावा देने के लिए किया जाता है। इन्हें सेंसर के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है।

इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के एक विशेषज्ञ रोसेन्थल ने कहा, “हम जिन सामग्रियों का उत्पादन कर सकते हैं उनकी गुणवत्ता उतनी ही अच्छी है जितनी आप सर्वश्रेष्ठ हीटिंग सिस्टम से उम्मीद करते हैं, लेकिन बहुत ही मापने योग्य और सुसंगत हैं।” “हमारा आविष्कार विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए एमओएफ को अधिक व्यावहारिक विकल्प बनाने में एक महत्वपूर्ण कदम है।”

इलेक्ट्रिसिटी ड्राइव केमिस्ट्री

एमओएफ को नियंत्रित करने में शैक्षिक प्रयोगशालाओं के लिए एक चुनौती यह है कि वे बड़े पैमाने पर उत्पादन करना मुश्किल है और विशेष रूप से पर्यावरण के अनुकूल नहीं हैं। इसलिए, रोसेन्थल के पास एमओएफ के संश्लेषण को प्रोत्साहित करने के लिए बिजली का उपयोग शुरू करने का विचार था। बिजली का उपयोग सिंथेटिक प्रक्रिया में शुरू की गई ऊर्जा की मात्रा को कमरे के तापमान पर आसानी से समायोजित करने की अनुमति देता है, जिससे उच्च तापमान, उच्च दबाव और कभी-कभी आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले जहरीले रिएक्टरों के बिना एमओएफ उत्पन्न करने का एक सुरक्षित तरीका बन जाता है।

डेलावेयर मेमोरियल ब्रिज के नीचे जाएं और आपको डेलावेयर और न्यू जर्सी के किनारों पर एक छोटे स्टेडियम या स्टेडियम के आकार के रासायनिक संयंत्र मिलेंगे। इन संयंत्रों में कुछ रिएक्टर होते हैं जो विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाएं करते हैं जो रसायनों को समुदाय के लिए उपयोगी बनाते हैं।

“वाणिज्यिक या कमोडिटी माप में कई थर्मोकेमिकल प्रक्रियाओं के प्रभावी कार्यान्वयन के लिए आमतौर पर इस बड़े ट्रैक और बहुत महंगे बुनियादी ढांचे की आवश्यकता होती है, लेकिन इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री इन नियमों को तोड़ने का एक तरीका प्रदान करती है,” रोसेन्थल ने कहा। “इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम को प्रभावी ढंग से मापने के लिए आपको एक विशाल इलेक्ट्रोकेमिकल प्लांट बनाने की आवश्यकता नहीं है। एक शैक्षिक प्रयोगशाला से वाणिज्यिक बाजार में अनुवाद के संदर्भ में इलेक्ट्रोलिसिस अक्सर बहुआयामी होता है।”

रसायन विज्ञान उतना आसान नहीं है जितना कि एक कमरे में बैठा बच्चा पहियों और लाठी को जोड़ता है। एमओएफ संश्लेषण में अब तक की प्रगति को सिंथेटिक और कार्बनिक पदार्थों के यौगिकों के उपयोग से परिभाषित किया गया है जिन्हें प्रयोग करने योग्य धातुओं और थर्मल दृष्टिकोणों का उपयोग करके जोड़ा जा सकता है।

कागज विशेष रूप से लोहे के परमाणुओं के समूहों का उपयोग करके एमओएफ उत्पाद बनाने पर केंद्रित है। रोसेन्थल और बलोच आयरन एमओएफ बनाने वाले पहले व्यक्ति नहीं थे। परंपरागत रूप से, शोधकर्ताओं ने एक लोहा (3+) नमक, एक कार्बनिक अणु, और एक अपेक्षाकृत महंगा विलायक लिया है और उन्हें कुछ प्रतिक्रिया स्थितियों के तहत विघटित कर दिया है और उन्हें कम से कम एक दिन के लिए उच्च दबाव में एक सीलबंद कंटेनर में गर्म किया है। , कभी-कभी कई दिनों तक फिर खोलकर देखते हैं कि उन्हें क्या मिलता है।

इसके विपरीत, वह और बलोच विलायक, कार्बनिक अणुओं और लोहे (2+) आयनों वाले एक समाधान के साथ शुरू करते हैं, जिसमें एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन होता है जो लोहे के व्यवहार को बदलता है। शोधकर्ता कार्बन से बने इलेक्ट्रोड या एक प्रकार के प्रवाहकीय ग्लास का उपयोग एक समाधान के माध्यम से बिजली पारित करने के लिए करते हैं और लौह (2+) से लौह (3+) के समाधान में धातु कणों के चार्ज को बदलते हैं। यह एक स्विच की तरह है, यह अधिक लोहे को चार्ज करता है, इसलिए यह पारंपरिक थर्मोकेमिकल विधियों के दुष्प्रभावों या प्रभावों के बिना सीधे और कुशलता से एमओएफ उत्पन्न कर सकता है।

“इलेक्ट्रोड के साथ लोहे से इलेक्ट्रॉनों को निकालने से, लोहा एक कार्बनिक लिंक ढूंढता है और कुछ एमओएफ बनाता है। यह लगभग 100% कुशल है। हम जिस भी इलेक्ट्रॉन को स्थानांतरित करते हैं वह एमओएफ पैकेज में उत्पादित होता है। और बायोकैमिस्ट्री ब्लोच के सहायक प्रोफेसर ने कहा।

इसके अलावा, अगर सही प्रकार के इलेक्ट्रोड के साथ प्रयोग किया जाता है, तो एमओएफ सिर्फ उत्पाद बनाने और एकत्र करने से ज्यादा कुछ कर सकता है। अनुसंधान दल सीधे प्रवाहकीय सब्सट्रेट पर सामग्री विकसित कर सकता है, जो उन्नत एमओएफ सेंसर प्राप्त करने के लिए विभिन्न उपकरणों और डिज़ाइन किए गए समर्थनों पर एमओएफ का उपयोग कर सकता है।

रोसेन्थल ने समझाया कि एमओएफ को सेंसर में बदलने के लिए, इसे पढ़ने के लिए विद्युत प्रवाहकीय समर्थन से जोड़ने के लिए एक तरीके की आवश्यकता होती है। उन्होंने कहा कि यह ऐसा कुछ नहीं है जिसे अनुसंधान समुदाय ने अभी तक पता लगाया है कि बेहतर कैसे किया जाए। यूडी समूह के इलेक्ट्रोड समर्थन में एमओएफ का विद्युत रासायनिक एकीकरण और पोषण उत्पादों के बीच बेहतर संचार के लिए एमओएफ को सख्त करने का एक तरीका प्रदान करता है।

लघु सेंसरों में इस तकनीक का उपयोग करने का एक तरीका यह है कि सेल फोन पर हवा की गुणवत्ता को मापें या हवाई अड्डों पर सुरक्षा उपायों के हिस्से के रूप में हवा में कणों का चयन करें।

बलोच ने कहा, “संवेदनशील गैसें और अणु अब सीधे आगे हो सकते हैं, जिस तरह से आपका स्मोक डिटेक्टर अपनी प्रतिक्रियाशीलता के आधार पर एक प्रकार की गैस को दूसरे के ऊपर महसूस करता है।”

इलेक्ट्रोसिंथेटिक प्रतिक्रिया तेज है, इस प्रकार एमओएफ पाउडर समाधान में कुछ ही मिनटों में बनता है। इसके अलावा, जब लंबे समय तक समाधान में बैठने वाली सामग्री अक्सर समय के साथ खराब हो जाती है या साइड इफेक्ट के कारण पूरी तरह से अलग पदार्थ बन जाती है, तो बिजली से उत्पन्न एमओएफ उत्पाद स्थिर होते हैं और बस बोतल के नीचे बस जाते हैं। चूंकि इलेक्ट्रोसिंथेटिक प्रक्रिया कमरे के तापमान पर की जाती है, इसलिए सामग्री का अपघटन कम चिंता का विषय है।

जब इलेक्ट्रोलिसिस लंबे समय तक किया जाता है, तो बड़ी मात्रा में एमओएफ सामग्री को पदार्थ के रूप में लिया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने कहा कि इस पद्धति की सादगी प्रयोगशाला बेंच से वाणिज्यिक बाजार में अनुवाद करने के लिए बहुमुखी बनाती है।

अन्ना वीवर, एक स्नातक छात्र, जो पेपर में एक सहयोगी प्रोफेसर है, केवल इस गर्मी में यूटी आया था, लेकिन रोसेन्थल ने कहा कि इसने टीम सिस्टम की प्रभावशीलता को प्रदर्शित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। बुनकर ने कई देर से चरण परीक्षण किए जो पेपर के लिए अतिरिक्त डेटा प्रदान करते थे।

उन्होंने कहा, “अन्ना का योगदान उनका कौशल बहुत जल्दी है और वह इस रसायन शास्त्र को आसानी से पूरा कर सकती हैं। इस काम को करने के लिए आपको एक अंधेरे कला सीखने की जरूरत नहीं है।”

विद्युत रूप से संचालित रसायन विज्ञान उन अनुमानित सामग्रियों के अध्ययन के लिए द्वार खोलता है जिनमें कोबाल्ट-आधारित एमओएफ के लिए सर्वोत्तम गुण होते हैं, लेकिन वे ज्ञात नहीं हैं क्योंकि वे पारंपरिक रसायन विज्ञान के साथ असंगत हैं जो गति में प्रतिक्रिया निर्धारित करने के लिए गर्मी पर निर्भर करता है।

“उत्प्रेरक के रूप में, हम जानते हैं कि कुछ धातुओं को एमओएफ के रूप में अलग किया जाता है, लेकिन सामान्य तरीके काम नहीं करते हैं। हमें लगता है कि यह नए एमओएफ बनाने का एक तरीका है। इससे पहले,” बलोच ने कहा।

पेपर में अन्य सह-लेखकों में रोसेन्थल और बलोच लैब्स में वर्तमान या पूर्व यूटी स्नातक छात्र शामिल हैं, जिनमें वेनजो वू, गेराल्ड ई। डेकर और अमांडा अर्नाफ शामिल हैं।

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