Титан диоксид ба хэт ягаан туяаны агаар цэвэршүүлэгч: 7 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:01

Сайн байцгаана уу хамт олон, Бидний одоо амьдарч буй онцгой байдлын үед та бүгд сайн байна гэж найдаж байна.

Өнөөдөр би танд хэрэглээний судалгааны төслийг хүргэж байна. Энэхүү гарын авлагад би TiO2 (титаны давхар исэл) фотокаталик шүүлтүүр болон хэт ягаан туяаны LED -тай ажилладаг агаар цэвэршүүлэгч бүтээх талаар танд заах болно. Би танд өөрийн гараар цэвэрлэгч хийх талаар хэлэх болно, мөн туршилтыг үзүүлэх болно. Шинжлэх ухааны уран зохиолын дагуу энэхүү шүүлтүүр нь муу үнэрийг арилгаж, агаараар дамжин халдварладаг бактери, вирус, түүний дотор коронавирусын гэр бүлийг устгах ёстой.

Энэхүү судалгааны ажилд та энэ технологийг бактери, мөөгөнцөр, вирусыг устгахад хэрхэн үр дүнтэй ашиглаж болохыг харж болно. Тэд үнэндээ SARS вирусын фотокаталитик титан апатити шүүлтүүрийг идэвхгүйжүүлэх нөлөө гэсэн 2004 онд хийсэн судалгааг иш татсан бөгөөд судлаачид амьсгалын замын цочмог хам шинжийн вирусын 99.99% нь нас барсан гэж мэдэгджээ.

Энэ төслийг ноцтой асуудал шийдэх гэж оролдож байгаа бөгөөд олон талт шинж чанартай: хими, электроник, механик дизайны тухай ойлголтуудыг нэгтгэсэн учраас энэ нь үнэхээр сонирхолтой байж магадгүй гэж бодож байгаа тул энэ төслийг хуваалцахыг хүсч байна.

Алхам:

1. TiO2 ба хэт ягаан туяа бүхий фотокатализ

2. хангамж

3. Агаар цэвэршүүлэгчийн 3D дизайн

4. Цахим хэлхээ

5. Гагнах, угсрах

6. Төхөөрөмж дууссан

7. Өмхий гутал цэвэрлэх хүчин чармайлт

Алхам 1: TiO2 ба хэт ягаан туяаны тусламжтайгаар фотокатализ хийх

Энэ хэсэгт би хариу урвалын онолыг тайлбарлах болно.

Дээрх зураг дээр бүх зүйлийг графикаар нэгтгэн харуулав. Доор би дүрсийг тайлбарлах болно.

Үндсэндээ хангалттай энергитэй фотон нь электрон эргэлддэг тойрог замд TiO2 молекулд ирдэг. Фотон нь электроныг хүчтэй цохиж, валентын зурвасаас дамжуулагч руу шилжихэд хүргэдэг, учир нь энэ үсрэлт нь TiO2 нь хагас дамжуулагч тул фотон хангалттай энергитэй байдаг. Фотоны энергийг долгионы уртаар нь дараах томъёогоор тодорхойлно.

E = hc/λ

Энд h нь Планк тогтмол, c нь гэрлийн хурд, λ нь фотоны долгионы урт бөгөөд бидний хувьд 365 нм юм. Та энэ сайхан онлайн тооцоолуур ашиглан энергийг тооцоолж болно. Миний хувьд энэ нь E = 3, 397 eV байна.

Электрон үсрэн одоход чөлөөт электрон ба чөлөөт нүх байдаг:

электрон и-

нүх h+

Энэ хоёр нь эргээд агаарын хэсэг болох бусад молекулуудад өртдөг.

Усны уурын H2O молекул

OH- гидроксид

Хүчилтөрөгчийн O2 молекул

Хэдэн улаан исэлдэлтийн урвал явагддаг (энэ видеоноос тэдний талаар илүү ихийг мэдэж аваарай).

Исэлдэлт:

Усны уур, нүх нь гидроксил радикал ба устөрөгчийн устөрөгчийн ионыг өгдөг: H2O + h + → *OH + H + (aq)

Гидроксид ба нүх нь гидроксил радикал өгдөг: OH- + h + → *OH

Багасгах:

хүчилтөрөгчийн молекул ба электрон нь хэт исэлийн анионыг өгдөг: O2 + e- → O2-

Энэ хоёр шинэ зүйл (гидроксил радикал ба хэт исэл анион) нь чөлөөт радикалууд юм. Чөлөөт радикал гэдэг нь ганц хос электронгүй атом, молекул эсвэл ионууд юм. Энэ бол Crush Course -ийн маш хөгжилтэй видеонд дурдсанчлан галзуу тогтворгүй юм.

Чөлөөт радикалууд нь химид тохиолддог олон гинжин урвалын гол үүрэг гүйцэтгэдэг, жишээлбэл, полимержилт, мономерууд хоорондоо нийлж полимер үүсгэдэг, өөрөөр хэлбэл бидний хуванцар гэж нэрлэдэг зүйлийг бий болгодог.).

O2- муу үнэртэй молекул, бактериудыг устгаж, нүүрстөрөгчийн холбоог тасалж CO2 (нүүрстөрөгчийн давхар исэл) үүсгэнэ.

*OH нь муу үнэртэй молекул, бактериудыг устгаж, устөрөгчийн холбоог эвдэж H2O (усны уур) үүсгэдэг.

Чөлөөт радикалыг нүүрстөрөгчийн нэгдэл эсвэл организмд нэгтгэхийг эрдэсжилт гэж нэрлэдэг бөгөөд яг энд л аллага болж байна.

Нэмэлт мэдээлэл авахын тулд би танилцуулгад иш татсан шинжлэх ухааны баримт бичгийн PDF файлыг хавсаргав.

Алхам 2: хангамж

Энэ төслийг хийхийн тулд танд дараахь зүйлс хэрэгтэй болно.

- 3D хэвлэсэн хайрцаг

- 3D хэвлэсэн таг

- 2мм зузаантай аноджуулсан хөнгөн цагаан лазераар хайчлах

- торгон дэлгэц (заавал биш, эцэст нь би үүнийг ашиглаагүй)

- 5 ширхэг өндөр хүчин чадалтай хэт ягаан туяаны LED 365nm

- 3535 ул мөр бүхий ПХБ -ийн одууд эсвэл аль хэдийн од дээр суурилуулсан LED

- дулааны хоёр талт наалдамхай тууз

- TiO2 фотокатализаторын шүүлтүүр

- Цахилгаан хангамж 20W 5V

- ЕХ -ны холбогч 5/2.1мм

- 40x10 мм хэмжээтэй сэнс

- дулааны хашгирах хоолой

- тоолуурын толгой М3 боолт, самар

- 5 1W 5 Ом эсэргүүцэл

- 0.5W 15ohm эсэргүүцэл

- жижиг утаснууд

Би зарим зүйл худалдаж авах линкийг нэмж оруулсан боловч би борлуулагчидтай ямар нэгэн түншлэлийн хөтөлбөр ажиллуулдаггүй. Хэрэв хэн нэгэн агаар цэвэршүүлэгчийг ийм байдлаар хуулбарлахыг хүсч байвал хангамж, зардлын талаар ойлголттой болохын тулд би линкийг оруулсан болно.

Алхам 3: Агаар цэвэршүүлэгчийн 3D дизайн

Та угсралтын файлыг бүхэлд нь.x_b форматаар олж болно.

Би 3D хэвлэх тохиолдолд хэргийг оновчтой болгох ёстой байсныг та анзаарч магадгүй юм. Би ханыг зузаан болгож, суурийн өнцгийг тэгшлэхгүй байхаар шийдсэн.

Хөргөгчийг лазераар тайрч, тээрэмддэг. 2 мм -ийн аноджуулсан хөнгөн цагаан (RED ZONE) дээр 1 мм -ийн доошилж байгаа нь илүү сайн гулзайлгах боломжийг олгодог. Гулзайлтыг бахө, цавуугаар гараар хийсэн.

Хэргийн урд талын хээ нь Тавдугаар элемент кинонд Лийлоогийн өмсдөг шивээстэй төстэй болохыг миний нэг найз надад сануулсан юм. Хөгжилтэй давхцал!

Алхам 4: Цахим хэлхээ

Цахим хэлхээ нь маш хялбар байдаг. Бид тогтмол хүчдэлийн 5V хүчдэлтэй бөгөөд үүнтэй зэрэгцээд 5 LED ба сэнс байрлуулах гэж байна. Олон тооны резистор, математикийн тооцооллоор бид LED болон сэнс рүү хэр их гүйдэл оруулахаа шийддэг.

LED гэрэл

LED мэдээллийн хуудсыг харвал бид тэдгээрийг хамгийн ихдээ 500 мА хүртэл жолоодох боломжтой болохыг олж харсан боловч би тэдгээрийг хагас хүчээр (≈250mA) жолоодохоор шийдсэн. Үүний шалтгаан нь бид жижиг халаагууртай бөгөөд энэ нь үндсэндээ тэдгээрийг бэхэлсэн хөнгөн цагаан хавтан юм. Хэрэв бид LED -ийг 250 мА хүчээр хөдөлгөдөг бол LED -ийн шууд хүчдэл 3.72 В байна. Бид хэлхээний тэр салбарыг тавихаар шийдсэн эсэргүүцлийн дагуу гүйдлийг олж авдаг.

5V - 3.72V = 1.28V бол резистор дээрх хүчдэлийн потенциал юм

Ом хууль R = V/I = 1.28/0.25 = 6.4 Ом

Би 5 Ом эсэргүүцлийн арилжааны үнэ цэнийг ашиглах болно

Резисторын хүч = R I^2 = 0.31W (Би 1Вт резистор ашигласан, LED нь талбайг бага зэрэг халааж чаддаг тул би жаахан зай үлдээсэн).

ФЕН

Сэнсний санал болгож буй хүчдэл нь 5В ба 180мА гүйдэлтэй бөгөөд хэрэв энэ хүчээр хөдөлвөл 12м3/ц урсгалын хурдтай агаарыг хөдөлгөж чадна. Энэ хурдаар сэнс хэтэрхий чимээ шуугиантай (27dB) байгааг би анзаарсан тул сэнсний хүчдэл ба гүйдлийн хангамжийг бага зэрэг бууруулахаар шийдсэн бөгөөд ингэхийн тулд би 15 ом эсэргүүцэлтэй резистор ашигласан. Шаардлагатай утгыг ойлгохын тулд би потенциометрийг ашигласан бөгөөд гүйдлийн тэн хагас нь 100 мА байх үед би харсан.

Резисторын хүч = R I^2 = 0.15 Вт (би энд 0.5 Вт эсэргүүцэл ашигласан)

Тиймээс сэнсний эцсийн эцсийн урсгалын хурд нь 7.13 м3/ц байна.

Алхам 5: Гагнах ба угсрах

Би нимгэн кабелийг ашиглан LED -ийг нэгтгэж, бүх хэлхээг хийж, бүх зүйлийг аль болох зохион байгуулалттайгаар гагнасан. Резисторыг дулаан агшилтын хоолой дотор хамгаалж байгааг харж болно. LED анод ба чатодыг зөв туйл руу гагнах хэрэгтэй гэдгийг анхаарна уу. Анодууд нь нэг эсэргүүцлийн төгсгөл рүү явдаг ба катодууд GND (бидний тохиолдолд -5V) руу явдаг. LED дээр анодын тэмдэг байгаа бөгөөд түүний байршлыг LED мэдээллийн хүснэгтээс хайж олоорой. LED нь дулааны хоёр талт наалдамхай туузаар халаагуурт бэхлэгддэг.

Би үнэндээ эхний зурагт үзүүлсэн бүх блокыг (халаагч, LED, сэнс) хялбархан арилгахын тулд DC холбогч (тунгалаг) ашигласан боловч энэ элементээс зайлсхийх боломжтой.

Хар 5/2.1 EU DC үндсэн тэжээлийн холбогчийг миний гараар өрөмдсөн нүхэнд наасан байна.

Тагны хайрцгаар боолтыг засахын тулд миний тагны хажуугийн нүхийг гараар өрөмдсөн.

Жижигхэн талбайд бүх гагнуур хийх нь бага зэрэг бэрхшээлтэй байсан. Түүнийг тэврэх нь танд таалагдана гэж найдаж байна.

Алхам 6: Төхөөрөмж бүрэн байна

Баяр хүргэе! Зүгээр л залгаарай, агаар цэвэрлэж эхлээрэй.

Агаарын урсгалын хурд нь 7.13 м3/цаг тул 3х3х3 м хэмжээтэй өрөөг 4 цагийн дотор цэвэрлэж байх ёстой.

Цэвэршүүлэгчийг асаахад үүнээс озоныг санагдуулдаг үнэр гарч байгааг би анзаарсан.

Энэхүү зааварчилгаа танд таалагдсан гэж найдаж байна, хэрэв танд илүү сонирхолтой бол миний хийсэн туршилтын талаар нэмэлт хэсэг байгаа болно.

Хэрэв та өөрөө агаар цэвэршүүлэгч бүтээх хүсэлгүй байгаа боловч шууд авахыг хүсч байвал Etsy дээрээс худалдаж авч болно. Би хосуудыг ийм хуудсанд зочлоход бэлэн болгосон.

Баяртай, анхаарал тавь

Пьетро

Алхам 7: Туршилт: Өмхий гутал цэвэрлэх хүчин чармайлт

Энэхүү нэмэлт хэсэгт би цэвэрлэгчээр хийсэн бяцхан хөгжилтэй туршилтаа үзүүлэхийг хүсч байна.

Эхэндээ би маш өмхий гутал өмссөн - энэ нь үнэхээр муухай үнэртэж байна - 0.0063 м3 эзэлхүүнтэй нийлэг цилиндрт хийнэ. Үнэр муутай гутлыг юу хийх ёстой вэ гэхээр хүхэр, нүүрстөрөгч агуулсан том молекулууд, мөн тэр гутлыг өмссөн хөлнөөсөө гарч буй био уур, бактериуд. Цэвэршүүлэгчийг асаахад миний харахыг хүсч байсан зүйл бол VOC -ийг бууруулах, CO2 -ийн хэмжээг нэмэгдүүлэх явдал байв.

Би савны доторх "өмхий тэнцвэрт байдалд" хүрэхийн тулд гутлаа цилиндрт 30 минут байлгасан. Мэдрэгчээр дамжуулан CO2 (+333%) ба VOC (+120%) их хэмжээгээр нэмэгдсэнийг би анзаарсан.

30 минутын дараа би цилиндр дотор агаар цэвэршүүлэгчийг тавиад 5 минутын турш асаав. Би CO2 (+40%) ба VOC (+38%) -ийн цаашдын өсөлтийг анзаарсан.

Би өмхий гутлыг тайлж, цэвэршүүлэгчийг 9 минутын турш асаасан бөгөөд CO2 болон VOC -ийн хэмжээ эрс нэмэгдсээр байв.

Энэхүү туршилтын дагуу цилиндр дотор ямар нэгэн зүйл болж байна. Хэрэв эрдэсжилтийн явцад VOC ба бактери устаж байгаа бол онол нь CO2 ба H2O үүснэ гэж хэлж байгаа тул туршилт нь CO2 үүсч байгааг харуулж байгаа тул энэ нь ажиллаж байна гэж хэлж болно, гэхдээ яагаад VOC нэмэгдсээр байна вэ? Үүний шалтгаан нь би буруу мэдрэгч ашигласан байж магадгүй юм. Миний ашигласан мэдрэгч нь зураг дээр харагдаж байгаа бөгөөд миний ойлгосноор CO2 -ийг VOC -ийн хувиар дотоод алгоритмыг ашиглан тооцоолж, VOC ханалтанд амархан хүрдэг. Мэдрэгчийн модульд боловсруулж нэгтгэсэн алгоритм нь түүхий өгөгдлийг тайлбарласан болно. металл оксидын хагас дамжуулагч эсэргүүцлийн утгыг CO2 эквивалент утгаар NDIR CO2 хийн мэдрэгчтэй харьцуулах туршилтыг хийж, FID багажтай харьцуулсан туршилтын үндсэн дээр VOC -ийн нийт утгыг. Би тоног төхөөрөмжийг хангалттай нарийн, нарийвчлалтай ашиглаагүй гэж бодож байна.

Ямар ч байсан системийг ингэж туршиж үзэх нь инээдтэй санагдсан.

Хаврын цэвэрлэгээний тэмцээний тэргүүн шагнал