Տիտանի երկօքսիդ և ուլտրամանուշակագույն օդի մաքրիչ. 7 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:46

Ողջույն Instructable համայնք, Հուսով եմ, որ բոլորդ լավ եք զգում այն արտակարգ իրավիճակներում, որոնք մենք ապրում ենք այս պահին:

Այսօր ձեզ եմ ներկայացնում կիրառական հետազոտական նախագիծ: Այս Ուղեցույցում ես ձեզ կսովորեցնեմ, թե ինչպես կարելի է կառուցել օդի մաքրիչ ՝ TiO2 (Տիտանի երկօքսիդ) ֆոտոկատալիկային ֆիլտրով և UVA LED- ներով աշխատող: Ես ձեզ կասեմ, թե ինչպես պատրաստել ձեր սեփական մաքրող սարքը, և ես ձեզ ցույց կտամ նաև փորձ: Ըստ գիտական գրականության ՝ այս զտիչը պետք է հեռացնի տհաճ հոտը և ոչնչացնի բակտերիաները և վիրուսները, որոնք անցնում են դրա միջով, ներառյալ կորոնավիրուսային ընտանիքը:

Այս հետազոտական հոդվածում դուք կարող եք տեսնել, թե ինչպես կարող է այս տեխնոլոգիան արդյունավետորեն օգտագործվել բակտերիաների, սնկերի և վիրուսների ոչնչացման համար. նրանք իրականում մեջբերում են 2004 -ի հետազոտությունը ՝ «The Titocium Titanium Apatite Filter Inactivation Effect Effect of SARS» վիրուսի վրա, որում հետազոտողները նշում են, որ սուր շնչառական սինդրոմի ծանր վիրուսների 99,99% -ը սպանվել են:

Ես կցանկանայի կիսվել այս նախագծով, որովհետև կարծում եմ, որ այն կարող է լինել հատկապես հետաքրքիր, քանի որ այն փորձում է լուծել լուրջ խնդիր և քանի որ այն բազմամասնագիտական է. Այն միավորում է քիմիայի, էլեկտրոնիկայի և մեխանիկական դիզայն հասկացությունը:

Քայլերը.

1. Ֆոտոկատալիզ TiO2 և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներով

2. Պիտույքներ

3. Օդի մաքրող սարքի 3D դիզայն

4. Էլեկտրոնային միացում

5. erոդման եւ հավաքման

6. Սարքն ավարտված է

7. Կոշիկի գարշահոտ մաքրման ջանքերը

Քայլ 1. Ֆոտոկատալիզ TiO2 և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներով

Այս բաժնում ես կբացատրեմ ռեակցիայի հիմքում ընկած տեսությունը:

Ամեն ինչ գրաֆիկորեն ամփոփված է վերը նշված պատկերում: Ստորև կբացատրեմ պատկերը:

Հիմնականում բավականաչափ էներգիա ունեցող ֆոտոնը հասնում է TiO2 մոլեկուլին այն ուղեծրում, որտեղ էլեկտրոնը պտտվում է: Ֆոտոնը ուժեղ հարվածում է էլեկտրոնին և ստիպում նրան վալենտային գոտուց հեռու ցատկել դեպի հաղորդման գոտի, այս ցատկումը հնարավոր է, քանի որ TiO2- ը կիսահաղորդիչ է, և քանի որ ֆոտոնը բավականաչափ էներգիա ունի: Ֆոտոնի էներգիան որոշվում է դրա ալիքի երկարությամբ ՝ ըստ այս բանաձևի.

E = hc/λ

որտեղ h- ը տախտակի հաստատունն է, c- ը լույսի արագությունն է, λ- ը `ֆոտոնի ալիքի երկարությունը, որը մեր դեպքում 365nm է: Դուք կարող եք հաշվարկել էներգիան ՝ օգտագործելով այս գեղեցիկ առցանց հաշվիչը: Մեր դեպքում դա E = 3, 397 eV է:

Երբ էլեկտրոնը ցատկում է, կա ազատ էլեկտրոն և ազատ անցք, որտեղ այն ժամանակին եղել է.

էլեկտրոնային էլեկտրոնային-

անցք h+

Եվ այս երկուսն իրենց հերթին հարվածվում են օդի մաս հանդիսացող այլ մոլեկուլներից, որոնք են.

H2O ջրի գոլորշու մոլեկուլ

OH- հիդրօքսիդ

O2 թթվածնի մոլեկուլ

Մի քանի օքսիդ -օքսիդացնող ռեակցիաներ են տեղի ունենում (դրանց մասին ավելին իմացեք այս տեսանյութում):

Օքսիդացում.

Waterրային գոլորշին գումարած անցքը տալիս է հիդրօքսիլ արմատական գումարած ջրածնի իոն `H2O + h + → *OH + H + (aq)

Հիդրօքսիդ գումարած անցքը տալիս է հիդրօքսիլ արմատական `OH- + h + → *OH

Կրճատում:

թթվածնի մոլեկուլը գումարած էլեկտրոնը տալիս է գերօքսիդ անիոն `O2 + e- → O2-

Այս երկու նոր իրերը (հիդրօքսիլ արմատական և սուպերօքսիդ անիոն) ազատ ռադիկալներ են: Ազատ ռադիկալը ատոմ, մոլեկուլ կամ իոններ են ՝ մեկ չզուգված էլեկտրոնով: Սա խելագար անկայուն է, ինչպես ասված է Crush Course- ի այս շատ զվարճալի տեսանյութում:

Ազատ ռադիկալները հիմնական պատասխանատուներն են քիմիայում տեղի ունեցող բազմաթիվ շղթայական ռեակցիաների համար, օրինակ ՝ պոլիմերացումը, որը տեղի է ունենում, երբ մոնոմերները միանում են մյուսին ՝ ձևավորելով պոլիմեր, կամ այլ կերպ ասած ՝ այն, ինչ մենք ավելի լայն անվանում ենք պլաստիկ (բայց դա այլ պատմություն է):):

O2- հարվածում է մեծ տհաճ հոտի մոլեկուլներին և բակտերիաներին և քայքայում նրանց ածխածնի կապերը ՝ առաջացնելով CO2 (ածխաթթու գազ)

*OH- ն հարվածում է մեծ տհաճ հոտի մոլեկուլներին և բակտերիաներին և քայքայում նրանց ջրածնային կապերը ՝ առաջացնելով H2O (ջրի գոլորշի)

Ազատ ռադիկալի միացումը ածխածնի միացությունների կամ օրգանիզմների հետ կոչվում է հանքայնացում և հենց այստեղ է տեղի ունենում սպանությունը:

Լրացուցիչ տեղեկությունների համար ես կցել եմ այն գիտական հոդվածների PDF- ը, որը մեջբերել եմ ներածության մեջ:

Քայլ 2: Պաշարներ

Այս նախագիծը պատրաստելու համար ձեզ հարկավոր է.

- 3D տպագիր պատյան

- 3D տպիչով կափարիչ

- լազերային կտրված անոդացված ալյումին 2 մմ հաստությամբ

- մետաքսե էկրան (ըստ ցանկության, ի վերջո, ես այն չօգտագործեցի)

- 5 կտոր բարձր հզորության ուլտրամանուշակագույն LED 365 նմ

- PCB աստղեր 3535 ոտնահետքով կամ LED- ներով, որոնք արդեն տեղադրված են աստղի վրա

- ջերմային երկկողմանի սոսինձ ժապավեն

- TiO2 Photocatalyst զտիչ

- Սնուցման աղբյուր 20W 5V

- ԵՄ միակցիչ 5/2.1 մմ

- օդափոխիչ 40x10 մմ

- ջերմային ճչացող խողովակներ

- հակափորված գլխի M3 պտուտակներ և ընկույզներ

- 5 1W 5 օմ դիմադրություն

- 1 0.5W 15 օհմ դիմադրություն

- փոքր լարեր

Ես ավելացրել եմ որոշ ապրանքներ գնելու հղումները, բայց ես վաճառողների հետ ոչ մի փոխկապակցված ծրագիր չեմ վարում: Հղումները տեղադրեցի միայն այն պատճառով, որ եթե ինչ -որ մեկը կցանկանա նման եղանակով կրկնել օդի մաքրիչը, կարող է պատկերացում ունենալ մատակարարումների և ծախսերի մասին:

Քայլ 3. Օդի մաքրող սարքի 3D ձևավորում

Դուք կարող եք գտնել հավաքման ամբողջ ֆայլը.x_b ձևաչափով:

Դուք կարող եք նկատել, որ ես ստիպված էի օպտիմալացնել պատյանը 3D տպագրության համար: Պատերը ավելի խիտ դարձրեցի և որոշեցի հիմքը հարթեցնել անկյունը:

Atsեռուցիչը լազերային կտրված է եւ աղացած: 2 մմ անոդացված ալյումինի (ԿԱՐՄԻՐ ԳՈՏԻ) վրա կա 1 մմ իջեցում, որը թույլ է տալիս ավելի լավ ճկվել: Theկումը կատարվել է ձեռքով տափակաբերան աքցանով և վիզայով:

Իմ ընկերը ինձ ստիպեց նկատել, որ պատյանի առջևի նախշը նման է այն դաջվածքին, որը Լիլուն կրում է «Հինգերորդ տարրը» ֆիլմում: Nyվարճալի զուգադիպություն:

Քայլ 4: Էլեկտրոնային միացում

Էլեկտրոնային սխեման շատ հեշտ է: Մենք ունենք 5V անընդհատ լարման սնուցման աղբյուր և դրան զուգահեռ պատրաստվում ենք տեղադրել 5 LED և օդափոխիչ: Ռեզիստորների փունջի և մաթեմատիկական որոշ հաշվարկների միջոցով մենք որոշում ենք, թե որքան հոսանքով ենք սնվելու LED- ները և օդափոխիչը:

LED- ները

Նայելով LED տվյալների թերթիկին մենք տեսնում ենք, որ դրանք կարող ենք քշել մինչև 500 մԱ առավելագույնը, բայց ես որոշեցի դրանք քշել կես հզորությամբ (50250 մԱ): Պատճառն այն է, որ մենք ունենք մի փոքր տաքացուցիչ, որը հիմնականում ալյումինե ափսե է, որի վրա դրանք ամրացված են: Եթե մենք LED- ը վարում ենք 250mA- ով, LED- ի առաջային լարումը 3.72V է: Ըստ դիմադրության, որը մենք որոշում ենք դնել միացման այդ ճյուղի վրա, մենք ստանում ենք հոսանքը:

5V - 3.72V = 1.28V լարման պոտենցիալն է, որը մենք ունենք ռեզիստորի վրա

Օհ օրենք R = V/I = 1.28/0.25 = 6.4 օմ

Ես կօգտագործեմ 5 օմ դիմադրության առևտրային արժեքը

Ռեզիստորի հզորությունը = R I^2 = 0.31W (ես իրականում օգտագործել եմ 1 Վ ռեզիստորներ, ես որոշակի լուսանցք եմ թողել, քանի որ LED- ն կարող է բավականին տաքացնել տարածքը):

ՖԱՆ

Օդափոխիչի առաջարկած լարումը 5V և 180mA հոսանք է, եթե այս հզորությամբ շարժվի, այն կարող է օդը տեղափոխել 12 մ 3/ժ հոսքի արագությամբ: Ես նկատեցի, որ այս արագությամբ երկրպագուն չափազանց աղմկոտ էր (27 դԲ), ուստի որոշեցի մի փոքր իջեցնել լարման մատակարարումը և երկրպագուի ընթացիկ մատակարարումը, դրա համար ես օգտագործեցի 15 օհմ դիմադրություն: Անհրաժեշտ արժեքը հասկանալու համար ես օգտագործեցի պոտենցիոմետր և տեսա, թե երբ կունենամ հոսանքի մոտ կեսը ՝ 100 մԱ:

Ռեզիստորի հզորություն = R I^2 = 0.15W (ես այստեղ օգտագործել եմ 0.5W ռեզիստոր)

Այսպիսով, օդափոխիչի իրական վերջնական հոսքի արագությունը կազմում է 7.13 մ 3/ժ:

Քայլ 5: Sոդում և հավաքում

Ես օգտագործել եմ բարակ մալուխներ ՝ LED- ները միացնելու և ամբողջ շրջանը դարձնելու համար և ամեն ինչ զոդել հնարավորինս կազմակերպված: Դուք կարող եք տեսնել, որ դիմադրիչները պաշտպանված են ջերմության նվազման խողովակի ներսում: Տեղյակ եղեք, որ դուք պետք է անոդն ու LED- ների չատոդը կպցնեք աջ բևեռներին: Անոդներն անցնում են մեկ դիմադրության ծայրով, իսկ կաթոդները `դեպի GND (մեր դեպքում -5V): LED- ի վրա կա անոդի նշան, գտեք դրա գտնվելու վայրը ՝ այն փնտրելով LED տվյալների թերթիկում: LED- ները կցվում են ջեռուցիչին ջերմային երկկողմանի սոսինձ ժապավենով:

Ես իրականում օգտագործել եմ DC միակցիչ (թափանցիկ), որպեսզի հեշտությամբ հեռացնեմ առաջին նկարում պատկերված ամբողջ բլոկը (ջեռուցիչ, լուսադիոդներ և օդափոխիչ), սակայն այս տարրից կարելի է խուսափել:

Սև 5/2.1 ԵՄ DC հիմնական էներգիայի մատակարարման միակցիչը սոսնձված է այն անցքի մեջ, որը ես ձեռքով փորել եմ:

Կողքի անցքերը, որոնք ես արել եմ կափարիչի վրա, կափարիչը պտուտակներով գործին ամրացնելու համար, նույնպես ձեռքով են փորվել:

Այդ փոքր տարածքում ամբողջ զոդման աշխատանքները մի փոքր դժվարություն էին: Հուսով եմ, որ ձեզ դուր կգա այն գրկելը:

Քայլ 6: Սարքն ավարտված է:

Շնորհավորում եմ: Պարզապես միացրեք այն և սկսեք մաքրել օդը:

Օդի հոսքի արագությունը 7.13 մ 3/ժ է, ուստի 3x3x3 մ տարածք ունեցող սենյակը պետք է մաքրվի մոտ 4 ժամվա ընթացքում:

Երբ մաքրող սարքը միացված է, ես նկատել եմ, որ դրանից բույր է գալիս, որն ինձ հիշեցնում է օզոն:

Հուսով եմ, որ ձեզ դուր է եկել այս Instructable- ը, և եթե նույնիսկ ավելի հետաքրքրասեր եք, ապա լրացուցիչ բաժին կա իմ կատարած փորձի վերաբերյալ:

Եթե դուք պատրաստ չեք կառուցել ձեր սեփական օդի մաքրիչը, բայց կցանկանայիք այն անմիջապես ձեռք բերել, կարող եք այն գնել Etsy- ից: Ես ստիպեցի զույգին, այնպես որ ազատ զգացեք այցելել էջը:

Մնաս բարով և խնամքով, Պիետրո

Քայլ 7. Փորձ `գարշահոտ կոշիկի մաքրման ջանք

Այս լրացուցիչ բաժնում ես կցանկանայի ցույց տալ մի փոքր զվարճալի փորձ, որը ես արեցի մաքրող սարքի հետ:

Սկզբում ես տեղադրեցի շատ գարշահոտ կոշիկ - վստահեցնում եմ ձեզ, որ այն իրոք վատ հոտ էր գալիս - 0.0063 մ 3 ծավալով հերմետիկ ակրիլային բալոնի մեջ: Ինչի՞ց պետք է գարշահոտ այդ կոշիկը մեծ ծծումբ և ածխածին պարունակող մեծ մոլեկուլներ լինեն, ինչպես նաև կենսաթույններ և բակտերիաներ, որոնք գալիս են այդ կոշիկը կրող ոտքից: Այն, ինչ ես սպասում էի տեսնել, երբ մաքրող սարքը միացրեցի, VOC- ն նվազեցնելու և CO2- ի ավելացման համար էր:

Ես կոշիկը թողեցի բալոնի մեջ 30 րոպե, որպեսզի հասնեի տարայի ներսում «գարշահոտ հավասարակշռությանը»: Եվ սենսորի միջոցով ես նկատեցի CO2- ի (+333%) և VOC (+120%) զանգվածային աճ:

30 -րդ րոպեին բալոնի ներսում տեղադրեցի օդի մաքրիչը և միացրեցի այն 5 րոպե: Ես նկատեցի CO2- ի (+40%) և VOC- ի (+38%) հետագա աճ:

Ես հանեցի գարշահոտ կոշիկը, և մաքրիչը մաքրեցի 9 րոպե, իսկ CO2- ը և VOC- ը շարունակում էին կտրուկ բարձրանալ:

Այսպիսով, ըստ այս փորձի, ինչ -որ բան տեղի էր ունենում այդ գլանի ներսում: Եթե VOC- ը և բակտերիաները ոչնչացվում են հանքայնացման գործընթացով, ապա տեսությունը մեզ ասում է, որ CO2 և H2O ձևավորվում են, ուստի կարելի է ասել, որ այն գործում է, քանի որ փորձը ցույց է տալիս, որ CO2- ը շարունակում է ձևավորվել, բայց ինչու՞ է նաև VOC- ն անընդհատ ավելանում: Պատճառը կարող է լինել այն, որ ես սխալ ցուցիչ եմ օգտագործել: Իմ օգտագործած սենսորը նկարում ցուցադրվածն է և ինչից հասկացա, այն գնահատում է CO2 ըստ VOC- ի տոկոսային տվյալների ՝ օգտագործելով որոշ ներքին ալգորիթմներ և հեշտությամբ հասնում է VOC- ի հագեցվածությանը: Ալգորիթմը, որը մշակվում և ինտեգրվում է սենսորային մոդուլին, մեկնաբանում էր չմշակված տվյալները, օրինակ. մետաղական օքսիդի կիսահաղորդչային դիմադրության արժեքը ՝ CO2- ի համարժեք արժեքով ՝ համեմատական թեստ անցկացնելով NDIR CO2 գազի սենսորի և ընդհանուր VOC արժեքի հետ ՝ FID գործիքի հետ համեմատության թեստի հիման վրա: Կարծում եմ, որ ես բավականաչափ բարդ և ճշգրիտ սարքավորումներ չեմ օգտագործել:

Ինչևէ, ծիծաղելի էր փորձել համակարգն այս կերպ փորձարկել:

Առաջին մրցանակ գարնանային մաքրման մարտահրավերին