Dioxide ya Titanium na Usafi wa Hewa wa UV: Hatua 7 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:50

Habari jamii ya kufundisha, Natumai nyote mko sawa katika mazingira ya dharura tunayoishi wakati huu.

Leo nakuletea mradi wa utafiti uliotumika. Katika hii Inayoweza kufundishwa nitakufundisha jinsi ya kutengeneza kitakasaji hewa kinachofanya kazi na TiO2 (Titanium Dioxide) photocatalyc filter na UVA LEDs. Nitakuambia jinsi ya kutengeneza msafishaji wako mwenyewe na nitakuonyesha pia jaribio. Kulingana na fasihi ya kisayansi kichungi hiki kinapaswa kuondoa harufu mbaya na kuua bakteria na virusi kwenye hewa ambayo hupitia, pamoja na familia ya coronavirus.

Katika karatasi hii ya utafiti unaweza kuona jinsi teknolojia hii inaweza kutumiwa vyema kuua bakteria, kuvu na virusi; kwa kweli wananukuu utafiti wa 2004 uliopewa jina la Athari ya Inactivation ya Filter ya Photocatalytic Titanium Apatite kwenye SARS Virus, ambayo watafiti wanasema kuwa 99.99% ya virusi vikali vya ugonjwa wa kupumua viliuawa.

Ningependa kushiriki mradi huu kwani ninaamini inaweza kuwa ya kuvutia sana kwa sababu inajaribu kutatua shida kubwa na kwa sababu inajumuisha anuwai: inaleta wazo la kemia, umeme na muundo wa mitambo.

Hatua:

1. Photocatalysis na TiO2 na UV mwanga

2. Vifaa

3. Ubunifu wa 3D wa kusafisha hewa

4. Mzunguko wa umeme

5. Solder na kukusanyika

6. Kifaa kimekamilika

7. Jitihada ya utakaso wa kiatu

Hatua ya 1: Photocatalysis na TiO2 na UV Light

Katika sehemu hii nitaelezea nadharia iliyo nyuma ya majibu.

Kila kitu kimefupishwa kwa picha kwenye picha hapo juu. Hapo chini nitaelezea picha hiyo.

Kimsingi, picha iliyo na nguvu ya kutosha inafika katika molekuli ya TiO2 kwenye obiti ambapo elektroni inazunguka. Photon hupiga elektroni kwa bidii na kuifanya iruke mbali na bendi ya valence hadi bendi ya upitishaji, kuruka huku kunawezekana kwa sababu TiO2 ni semiconductor na kwa sababu Photon ina nguvu ya kutosha. Nishati ya photon imedhamiriwa na urefu wa wimbi lake kulingana na fomula hii:

E = hc / λ

ambapo h ni Plank Constant, c ni kasi ya taa na λ ni urefu wa urefu wa photon, ambayo kwa upande wetu ni 365nm. Unaweza kuhesabu nishati ukitumia kikokotoo hiki kizuri cha mkondoni. Mimi kesi yetu ni E = 3, 397 eV.

Mara elektroni ikiruka mbali kuna elektroni ya bure na shimo la bure ambapo hapo awali ilikuwa:

elektroni

shimo h +

Na hizi mbili kwa upande zinakumbwa na molekuli zingine ambazo ni sehemu za hewa ambazo ni:

Molekuli ya H2O ya mvuke wa maji

OH- Hydroxide

Molekuli ya O2 ya oksijeni

Athari chache za redox hufanyika (jifunze zaidi juu yao kwenye video hii).

Oxidation:

Mvuke wa maji pamoja na shimo hutoa hidroksidi kali pamoja na hidrojeni ion hidrojeni: H2O + h + → * OH + H + (aq)

Hidroksidi pamoja na shimo hupeana hydroxyl radical: OH- + h + → * OH

Kupunguza:

molekuli ya oksijeni pamoja na elektroni hutoa anion superoxide: O2 + e- → O2-

Vitu hivi vipya viwili vilivyoundwa (hydroxyl radical na superoxide anion) ni itikadi kali ya bure. Radical ya bure ni atomi, molekuli au ioni zilizo na elektroni moja isiyopangwa, hii ni msimamo wa wazimu kama inavyosemwa katika video hii ya kupendeza ya Crush Course.

Radicals za bure ndizo zinazohusika na athari nyingi za mnyororo ambazo hufanyika katika kemia, kwa mfano upolimishaji, ambayo hufanyika wakati monomers hujiunga na nyingine kuunda polima, au kwa maneno mengine kutengeneza kile tunachokiita plastiki kwa upana zaidi (lakini hiyo ni hadithi nyingine).

O2- hupiga molekuli kubwa mbaya na bakteria na huvunja vifungo vyao vya kaboni kutengeneza CO2 (kaboni dioksidi)

* OH hupiga molekuli kubwa mbaya na bakteria na huvunja vifungo vyao vya haidrojeni kutengeneza H2O (mvuke wa maji)

Muungano wa mchanganyiko wa bure kwa misombo ya kaboni au viumbe huitwa madini na hii ndio haswa mauaji yanafanyika.

Kwa habari zaidi nimeambatanisha PDF ya karatasi za kisayansi ambazo nilinukuu kwenye utangulizi.

Hatua ya 2: Vifaa

Ili kufanya mradi huu utahitaji:

- Kesi iliyochapishwa ya 3D

- 3D kifuniko kilichochapishwa

- laser kukata anodized alumini 2mm nene

- skrini ya hariri (hiari, mwishowe sikuitumia)

- vipande 5 vya nguvu kubwa ya UV UV 365nm

- Nyota za PCB zilizo na nyayo 3535 au LEDs tayari zimewekwa kwenye nyota

- mkanda wa wambiso wa mafuta wa pande mbili

- Kichujio cha TiO2 Photocatalyst

- Ugavi wa umeme 20W 5V

- Kiunganishi cha EU 5 / 2.1mm

- Shabiki 40x10mm

- zilizopo za kupiga kelele za mafuta

- kichwa kilichopigwa kichwa M3 bolts na karanga

- 5 1W 5ohm vipinga

- 1 0.5W 15ohm kupinga

- waya ndogo

Nimeongeza viungo vya ununuzi wa vitu kadhaa lakini siendeshi mpango wowote wa ushirika na wachuuzi. Ninaweka viungo tu kwa sababu ikiwa mtu angependa kuiga kusafisha hewa kwa njia hii anaweza kuwa na wazo la usambazaji na gharama.

Hatua ya 3: Ubunifu wa 3D wa Kisafishaji Hewa

Unaweza kupata faili nzima ya mkutano katika fomati.x_b katika kufanikisha.

Unaweza kugundua kuwa ilibidi niboresha kesi kwa uchapishaji wa 3D. Nilifanya ukuta kuwa mzito na niliamua kutoleta pembe kwenye msingi.

Heatsink ni kukata laser na kusaga. Kuna upunguzaji wa 1mm kwenye aluminium ya 2mm ya anodized (RED ZONE) ambayo inaruhusu kuinama vizuri. Kuinama kumefanywa kwa mikono na koleo na vis.

Rafiki yangu alinifanya nitambue kuwa muundo ulio mbele ya kesi hiyo ni sawa na tatoo ambayo Leeloo amevaa kwenye sinema The Element Fifth. Bahati mbaya!

Hatua ya 4: Mzunguko wa Elektroniki

Mzunguko wa elektroniki ni rahisi sana. Tunayo umeme wa voltage wa kila wakati wa 5V na sambamba tutaweka taa za 5 na shabiki. Kupitia rundo la vipinga na kwa hesabu kadhaa za hesabu tunaamua ni kiasi gani cha sasa tunachoweza kulisha kwenye LED na kwa shabiki.

LEDs

Kuangalia data ya taa ya LED tunaona kuwa tunaweza kuwaendesha hadi kiwango cha juu cha 500mA, lakini niliamua kuwaendesha kwa nguvu ya nusu (50250mA). Sababu ni kwamba tuna heatsink ndogo, ambayo kimsingi ni sahani ya alumini ambayo wameambatanishwa nayo. Ikiwa tunaendesha LED saa 250mA voltage ya mbele ya LED ni 3.72V. Kulingana na upinzani ambao tunaamua kuweka kwenye tawi hilo la mzunguko tunapata sasa.

5V - 3.72V = 1.28V ni uwezo wa voltage tunayo kwenye kontena

Sheria ya Ohm R = V / I = 1.28 / 0.25 = 6.4ohm

Nitatumia thamani ya kibiashara ya upinzani wa 5ohm

Nguvu ya kipinga = R I ^ 2 = 0.31W (nimetumia vipinga 1W, nimeacha margin kwa sababu LED inaweza kuchoma eneo hilo kidogo).

SHABIKI

Shabiki alipendekeza voltage ni 5V na 180mA ya sasa, ikiwa inaendeshwa na nguvu hii inaweza kusonga hewa kwa kiwango cha mtiririko wa 12m3 / h. Niligundua kuwa kwenda kwa kasi hii shabiki alikuwa na kelele sana (27dB), kwa hivyo niliamua kupunguza usambazaji kidogo wa umeme na usambazaji wa sasa kwa shabiki, kufanya hivyo nilitumia kipinga cha 15ohm. Kuelewa thamani inayohitajika nilitumia potentiometer na nikaona wakati nitakuwa na karibu nusu ya sasa, 100mA.

Nguvu ya kupinga = R I ^ 2 = 0.15W (nimetumia kinzani cha 0.5W hapa)

Kwa hivyo kiwango halisi cha mtiririko wa mwisho wa matokeo ya shabiki 7.13 m3 / h.

Hatua ya 5: Solder na kukusanyika

Nimetumia nyaya nyembamba kujiunga na LED pamoja na kufanya mzunguko mzima na kuuza kila kitu kama kupangwa iwezekanavyo. Unaweza kuona kwamba kinga zinalindwa ndani ya neli ya kupungua kwa joto. Jihadharini kuwa lazima uingize anode na gumzo la taa kwenye nguzo za kulia. Anode huenda mwisho wa kupinga moja na cathode huenda kwa GND (-5V kwa upande wetu). Kwenye LED kuna alama ya anode, pata eneo lake ukiangalia kwenye jedwali la LED. LED zinaambatanishwa na heatsink na mkanda wa wambiso wa mafuta wa pande mbili.

Kwa kweli nimetumia kiunganishi cha DC (ile ya uwazi) kuondoa kwa urahisi kizuizi kizima kilichoonyeshwa kwenye picha ya kwanza (heatsink, LEDs na shabiki), hata hivyo kipengee hiki kinaweza kuepukwa.

Kontakt kuu ya usambazaji wa umeme wa 5 / 2.1 EU DC imewekwa kwenye shimo ambalo nilichimba kwa mikono.

Mashimo ya kando niliyotengeneza kwenye kifuniko kurekebisha kifuniko na visu kwa kesi hiyo pia ilichimbwa kwa mikono.

Kufanya soldering yote katika nafasi hiyo ndogo ilikuwa changamoto kidogo. Natumai utafurahiya kuikumbatia.

Hatua ya 6: Kifaa kimekamilika

Hongera! Chomeka tu na anza kutakasa hewa.

Kiwango cha mtiririko wa hewa ni 7.13 m3 / h kwa hivyo chumba cha 3x3x3m kinapaswa kusafishwa karibu na 4h.

Wakati mtakasaji amewashwa nimegundua kuwa nje yake inanuka harufu inayonikumbusha ozoni.

Natumai umependa hii inayoweza kufundishwa na ikiwa wewe ni curios zaidi kuna sehemu ya ziada juu ya jaribio nililofanya.

Ikiwa hauko tayari kujenga kifaa chako cha kusafisha hewa lakini ungependa kuipata mara moja unaweza kuinunua kwenye Etsy. Niliwafanya wanandoa wawe huru kutembelea ukurasa huo.

Kwaheri na utunze, Pietro

Hatua ya 7: Jaribio: Jaribio la Utakaso wa Viatu

Katika sehemu hii ya ziada ningependa kuonyesha jaribio la kuchekesha ambalo nilifanya na msafishaji.

Hapo awali niliweka kiatu chenye kunuka sana - nakuhakikishia kuwa kilikuwa na harufu mbaya - kwenye silinda ya akriliki ya hermetic na ujazo wa 0.0063 m3. Ni nini kinachopaswa kutengeneza kiatu hicho chenye kunukia ni molekuli kubwa zenye kiberiti na kaboni na pia bioeffluents na bakteria kutoka kwa mguu ambao ulikuwa umevaa kiatu hicho. Kile ambacho nilikuwa nikitarajia kuona nilipowasha kitakasaji ni VOC kupunguza na CO2 kuongezeka.

Niliacha kiatu pale kwenye silinda kwa dakika 30 ili kufikia "usawa wa kunuka" ndani ya chombo. Na kupitia sensa niliona ongezeko kubwa la CO2 (+ 333%) na VOC (+ 120%).

Saa ya dakika 30 niliweka ndani ya silinda kitakasaji hewa na nikaiwasha kwa dakika 5. Niliona kuongezeka zaidi kwa CO2 (+ 40%) na VOC (+ 38%).

Niliondoa kiatu kinanuka na nikaacha kitakasaji kikiwashwa kwa 9min na CO2 na VOC walikuwa wakiongezeka kuongezeka sana.

Kwa hivyo kulingana na jaribio hili kitu kilikuwa kinafanyika ndani ya silinda hiyo. Ikiwa VOC na bakteria zinaharibiwa kupitia mchakato wa madini, nadharia inatuambia kuwa CO2 na H2O imeundwa, kwa hivyo mtu anaweza kusema kuwa inafanya kazi kwa sababu jaribio linaonyesha kuwa CO2 inaendelea kuunda, lakini kwanini pia VOC iliendelea kuongezeka? Sababu inaweza kuwa kwamba nilitumia sensorer isiyofaa. Sensor niliyotumia ni ile iliyoonyeshwa kwenye picha na kutoka kwa kile nilichoelewa inakadiria CO2 kulingana na asilimia ya VOC ikitumia algorithms za ndani na pia kufikia kueneza kwa VOC kwa urahisi. Algorithm, ambayo imeendelezwa na kuunganishwa kwenye moduli ya sensorer ilitafsiri data ghafi, n.k. thamani ya upinzani wa semiconductor ya oksidi ya chuma, kwa thamani sawa ya CO2 kwa kufanya jaribio la kulinganisha dhidi ya sensorer ya gesi ya NDIR CO2 na Thamani ya Jumla ya VOC kulingana na jaribio la kulinganisha na chombo FID. Nadhani sikutumia vifaa vya kisasa na sahihi vya kutosha.

Kwa hivyo imekuwa ya kuchekesha kujaribu kujaribu mfumo kwa njia hii.

Zawadi ya Kwanza katika Changamoto ya Kusafisha Msimu