Титан диоксиди жана UV аба тазалагыч: 7 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:38

Салам Instructable коомчулугу, Мен ушул учурда жашап жаткан өзгөчө кырдаалдарда баарыңар жакшы деп үмүттөнөм.

Бүгүн мен сизге прикладдык изилдөө долбоорун алып келип жатам. Бул Нускамада мен сизге TiO2 (титандын диоксиди) фотокаталик чыпкасы жана UVA диоддору менен иштеген аба тазалагычты кантип курууну үйрөтөм. Мен сизге өзүңүздүн тазалагычыңызды кантип жасоону айтып берем, мен дагы сизге эксперимент көрсөтөм. Илимий адабияттарга ылайык, бул чыпка жагымсыз жытты кетирип, абадагы бактерияларды жана вирустарды, анын ичинде коронавирустун үй -бүлөсүн жок кылышы керек.

Бул изилдөө макаласында бул технологиянын бактерияларды, козу карындарды жана вирустарды өлтүрүүдө кантип эффективдүү колдонуларын көрө аласыз; алар чындыгында SARS вирусуна фотокаталитикалык титан апатити чыпкасынын инактивациялоо эффектиси деп аталган 2004 -жылкы изилдөөдөн цитата келтиришкен, анда изилдөөчүлөр курч респиратордук синдромдун 99,99% вирустары өлтүрүлгөнүн айтышкан.

Мен бул долбоор менен бөлүшкүм келет, анткени бул абдан кызыктуу болушу мүмкүн, анткени ал олуттуу маселени чечүүгө аракет кылат жана анын көп тармактуу: химия, электроника жана механикалык дизайн түшүнүктөрүн бириктирет.

Кадамдар:

1. TiO2 жана ультрафиолет нурлары менен фотокатализ

2. Берилиштер

3. Аба тазалагычтын 3D дизайны

4. Электрондук схема

5. Лайкоо жана чогултуу

6. Аппарат толук

7. Сасыган бут кийим тазалоо аракети

1 -кадам: TiO2 жана UV Жарык менен Photocatalysis

Бул бөлүмдө мен реакциянын артында турган теорияны түшүндүрөм.

Баары жогоруда сүрөттө графикалык түрдө жалпыланган. Төмөндө мен сүрөттү түшүндүрүп берем.

Негизи, энергиясы жетиштүү болгон фотон электрон айлануучу орбитадагы TiO2 молекуласына келет. Фотон электронго катуу тийет жана аны валенттик диапазондон өткөргүчтүккө секирет, бул секирик TiO2 жарым өткөргүч болгондуктан жана фотондун энергиясы жетиштүү болгондуктан мүмкүн болот. Фотондун энергиясы бул формула боюнча толкун узундугу менен аныкталат:

E = hc/λ

мында h - Планк константасы, c - жарыктын ылдамдыгы жана λ - фотондун толкун узундугу, ал биздин учурда 365нм. Сиз бул жагымдуу онлайн эсептегичтин жардамы менен энергияны эсептей аласыз. Мен биздин учурда бул E = 3, 397 eV.

Электрон секиргенде бош электрон жана бош болгон тешик болот:

электрондук e-

тешик h+

Жана бул экөөнү абанын бөлүктөрү болгон башка молекулалар урат:

Суу буусунун H2O молекуласы

OH- гидроксид

О2 кычкылтектин молекуласы

Бир нече редокс реакциясы болот (алар жөнүндө бул видеодон көбүрөөк билиңиз).

Кычкылдануу:

Суу буусу жана тешик гидроксил радикалын жана гидратталган суутек ионун берет: H2O + h + → *OH + H + (aq)

Гидроксид плюс тешик гидроксил радикалын берет: OH- + h + → *OH

Кыскартуу:

кычкылтек молекуласы жана электрон супероксид анионун берет: O2 + e- → O2-

Бул пайда болгон эки жаңы нерсе (гидроксил радикал жана супероксид анион) эркин радикалдар. Эркин радикал - бул бир жупталбаган электрону бар атом, молекула же иондор, бул абдан күлкүлүү Crush Course видеосунда айтылгандай, бул акылсыз туруксуз.

Эркин радикалдар химияда болуп жаткан көптөгөн чынжыр реакцияларынын негизги жоопкерчилиги болуп саналат, мисалы, полимерлөө, мономерлер бири -бирине кошулуп полимер пайда болгондо же башкача айтканда биз пластик деп атаган нерсени жасоодо (бирок бул башка окуя).

O2- чоң жаман жыт молекулаларына жана бактерияларга тийип, көмүртек байланыштарын үзүп, CO2 (көмүр кычкыл газы) пайда кылат.

*OH жаман жыт молекулаларына жана бактерияларга урунат жана алардын суутек байланыштарын үзүп, H2O (суу буусу) түзөт

Көмүртек кошулмаларына же организмдерге эркин радикалдын биримдиги минерализация деп аталат жана дал ушул жерде киши өлтүрүү болуп жатат.

Көбүрөөк маалымат алуу үчүн мен киришмеде келтирилген илимий эмгектердин PDF файлын тиркеп койдум.

2 -кадам: Берилиштер

Бул долбоорду жасоо үчүн сизге керек болот:

- 3D басылган корпус

- 3D басылган капкак

- жоондугу 2 мм болгон аноддолгон алюминий лазер

- жибек экран (милдеттүү эмес, акыры мен аны колдонгон жокмун)

- 5 даана жогорку кубаттагы УК LED 365nm

- 3535 изи бар же жарык диоддору бар PCB жылдыздары жылдызга орнотулган

- термикалык эки тараптуу скотч

- TiO2 Photocatalyst чыпкасы

- Электр энергиясы менен камсыздоо 20W 5V

- ЕБ туташтыргычы 5/2.1мм

- Вентилятор 40х10мм

- жылуулук кыйкырык түтүктөрү

- эсептегичтин башы М3 болт жана гайкалар

- 5 1W 5ohm резисторлор

- 1 0.5W 15ohm каршылыгы

- кичинекей зымдар

Мен кээ бир нерселерди сатып алуу үчүн шилтемелерди коштум, бирок мен сатуучулар менен эч кандай өнөктөштүк программасын иштетпейм. Мен шилтемелерди койдум, анткени эгер кимдир бирөө аба тазалагычты ушундай жол менен көчүргүсү келсе, анда жабдуулар жана чыгымдар жөнүндө түшүнүк болушу мүмкүн.

3 -кадам: аба тазалагычтын 3D дизайны

Сиз бүтүндөй чогултуу файлын.x_b форматында таба аласыз.

Сиз 3D басып чыгаруу үчүн корпусту оптималдаштырышым керек экенин байкасаңыз болот. Мен дубалдарды калың кылдым жана анын түбүндөгү бурчту тегиз кылбоону чечтим.

Муздаткыч лазер менен кесилет жана фрезерленет. 2 мм аноддолгон алюминийде (RED ZONE) 1 мм түшүрүү бар, бул жакшы ийилүүгө мүмкүндүк берет. Ийилүү кычкач жана виске менен кол менен жасалды.

Менин бир досум мага корпустун маңдайындагы үлгү Лелоо бешинчи элемент киносундагы татуировкасына окшош экенин байкады. Кызык кокустук!

4 -кадам: Электрондук схема

Электрондук схема абдан оңой. Бизде 5В туруктуу чыңалуу электр энергиясы бар жана параллель 5 LED жана желдеткичти жайгаштырабыз. Резисторлордун бир тобу аркылуу жана математикалык эсептөөлөр менен биз канчалык токту диоддорго жана желдеткичке берээрибизди чечебиз.

Светодиоддор

LED маалымат баракчасына карап, биз аларды максималдуу 500мАга чейин айдай аларыбызды көрөбүз, бирок мен аларды жарым кубаттуулукта (≈250mA) айдоону чечтим. Себеби, бизде кичинекей жылыткыч бар, бул негизинен алар бекитилген алюминий пластина. Эгерде биз LEDди 250мА кубаттуулукта айдасак, LEDдин алдыга чыңалуусу 3.72V болот. Биз чынжырдын ошол тармагын кийүүнү чечкен каршылыкка ылайык, биз токту алабыз.

5V - 3.72V = 1.28V - бул резистордо болгон чыңалуу потенциалы

Ом закону R = V/I = 1.28/0.25 = 6.4ohm

Мен 5 Ом каршылыктын коммерциялык маанисин колдоном

Резистордун күчү = R I^2 = 0.31W (Мен чынында 1W резисторлорду колдонгом, бир аз маржа калтырдым, анткени LED аймакты бир аз жылытат).

КҮЙӨРМАН

Күйөрман сунуштаган чыңалуу 5В жана 180мА ток, эгерде бул кубат менен айдалса, аба 12м3/саат агымында кыймылдай алат. Мен байкадым, бул ылдамдыкта вентилятор өтө ызы -чуу болгон (27dB), ошондуктан мен вентилятордун чыңалуусун жана токту бир аз төмөндөтүүнү чечтим. Керектүү маанини түшүнүү үчүн мен потенциометрди колдондум жана токтун жарымы, 100мА болгондо көрдүм.

Резистордун күчү = R I^2 = 0.15W (мен бул жерде 0.5W каршылыгын колдондум)

Ошентип, желдеткичтин акыркы акыркы агымы 7,13 м3/с.

5 -кадам: Solder жана чогултуу

Мен светодиоддорду кошуп, бүтүндөй схеманы жасоо үчүн ичке кабелдерди колдондум жана мүмкүн болушунча баарын уюштурду. Сиз резисторлор жылуулукту азайтуучу түтүктөрдүн ичинде корголгонун көрө аласыз. Светодиоддордун анодун жана чатодун оң мамыларга ширетүү керек экенин билиңиз. Аноддор бир резистордун учуна барат жана катоддор GNDге барат (биздин учурда -5V). LEDде анод белгиси бар, анын жайгашкан жерин LED маалымат барагынан издеп табыңыз. Жарык диоддору жылыткычка термикалык эки тараптуу скотч менен бекитилет.

Мен чындыгында биринчи сүрөттө көрсөтүлгөн бүт блокту оңой эле алып салуу үчүн DC туташтыргычын (тунук) колдондум (радиатор, светодиод жана желдеткич), бирок бул элементти болтурбай коюуга болот.

Кара 5/2.1 EU DC негизги энергия менен камсыздоо туташтыргычы мен кол менен тешкен тешикке чапталган.

Капкакка бурамалар менен капкакты бекитүү үчүн капкакта жасаган каптал тешиктер да кол менен бургуланган.

Ошол кичинекей мейкиндикте бардык ширетүүлөрдү жасоо бир аз кыйынчылыкка турду. Сиз аны кучактап ырахат аласыз деп ишенем.

6 -кадам: Түзмөк толук

Куттуктайм! Жөн эле туташтырып, абаны тазалоону баштаңыз.

Аба агымынын ылдамдыгы 7,13 м3/с, андыктан 3x3x3m өлчөмүндөгү бөлмө 4 сааттын ичинде тазаланышы керек.

Тазалоочу күйгүзүлгөндө, анын ичинен озонду эске салуучу жыт чыкканын байкадым.

Бул Instructable сизге жакты деп үмүттөнөм жана эгер сиз дагы кызык болсоңуз, анда мен жасаган эксперимент жөнүндө кошумча бөлүм бар.

Эгерде сиз өзүңүздүн аба тазалагычыңызды курууну каалабасаңыз, бирок аны дароо алууну кааласаңыз, аны Etsyден сатып алсаңыз болот. Мен бир жубайларды баракчага кирүүгө эркин кылдым.

Кош бол жана кам көр, Pietro

7 -кадам: Эксперимент: Сасыган бут кийим тазалоо аракети

Бул кошумча бөлүмдө мен тазалагыч менен жасаган кичинекей күлкүлүү экспериментти көрсөткүм келет.

Башында мен абдан сасыган бут кийим кийдим - ишендирип кетейин, ал чындыгында эле жаман жыттанып кетти - көлөмү 0,0063 м3 болгон акрил цилиндрине. Бул бут кийимди күкүрт жана көмүртек камтыган чоң молекулалар, ошондой эле ошол бут кийимди кийип жүргөн тамандан чыккан бактериялар жана бактериялар эмне кылышы керек? Мен тазалагычты күйгүзгөндө көргүм келген нерсе - VOCту азайтуу жана СО2ди көбөйтүү.

Мен бут кийимди контейнердин ичиндеги "сасык баланска" жетүү үчүн цилиндрге 30 мүнөт таштап койгом. Ал эми сенсор аркылуу мен CO2 (+333%) менен VOCтун (+120%) массалык өсүшүн байкадым.

30 -мүнөттө мен цилиндрдин ичине аба тазалагычты коюп, 5 мүнөт күйгүздүм. Мен CO2 (+40%) жана VOC (+38%) дагы өсүшүн байкадым.

Мен сасыган бут кийимди алып салдым жана тазалагычты 9 мүнөт күйгүзүп койдум, CO2 жана VOC кескин көбөйүп баратат.

Бул экспериментке ылайык, бул цилиндрдин ичинде бир нерсе болуп жаткан. Эгерде VOC жана бактериялар минералдашуу процесси аркылуу жок кылынып жатса, теория бизге CO2 жана H2O пайда болгонун айтат, андыктан ал иштеп жатат деп айтууга болот, анткени эксперимент СО2 түзүүнү улантып жатканын көрсөтүп турат, бирок эмне үчүн VOC да өсө берди? Мунун себеби сенсорду туура эмес колдонгондугумда болушу мүмкүн. Мен колдонгон сенсор - бул сүрөттө көрсөтүлгөн жана мен түшүнгөнүм боюнча, CO2 айрым ички алгоритмдерди колдонуу менен VOCтун пайызына жараша бааланат жана ошондой эле VOC каныккандыгына оңой жетет. Иштелген жана сенсор модулуна интеграцияланган алгоритм чийки маалыматтарды чечмелеген, мис. металл оксидинин жарым өткөргүч каршылыгынын мааниси, CO2 эквивалентинде, NDIR CO2 газ сенсоруна жана FID инструменти менен салыштыруу тестинин негизинде Total VOC наркына салыштыруу тестин жасоо менен. Мен татаал жана так жабдууларды колдонгон жокмун деп ойлойм.

Эмнеси болсо да, системаны ушундай жол менен сынап көрүү күлкүлүү болду.

Жазгы тазалоо сынагында биринчи сыйлык