Титан диоксиді мен ультракүлгін ультракүлгін ауа тазартқышы: 7 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Сәлем Instructable қауымдастығы, Біз қазір өмір сүріп жатқан төтенше жағдайда бәріңіз жақсы деп үміттенемін.

Бүгін мен сізге қолданбалы зерттеу жобасын ұсынамын. Бұл нұсқаулықта мен сізге TiO2 (титан диоксиді) фотокаталикті сүзгісімен және УКА жарықдиодты шамдармен жұмыс істейтін ауа тазартқышты қалай жасау керектігін үйретемін. Мен сізге тазартқышты қалай жасау керектігін айтамын, мен сізге эксперимент көрсетемін. Ғылыми әдебиеттерге сәйкес, бұл сүзгі жағымсыз иісті кетіруі және ауадағы бактериялар мен вирустарды, соның ішінде коронавирусты отбасын өлтіруі керек.

Бұл зерттеу жұмысында сіз бұл технологияны бактерияларды, саңырауқұлақтар мен вирустарды жою үшін қалай тиімді қолдануға болатынын көре аласыз; олар іс жүзінде SARS вирусына фотокаталитикалық титан апатитті сүзгінің инактивациялау әсері деп аталатын 2004 жылғы зерттеуді келтіреді, онда зерттеушілер өткір респираторлық синдромның ауыр вирустарының 99,99% -ы өлгенін айтады.

Мен бұл жобамен бөліскім келеді, себебі бұл өте қызықты болуы мүмкін, себебі ол маңызды мәселені шешуге тырысады және оның көп салалы: ол химия, электроника және механикалық дизайн ұғымдарын біріктіреді.

Қадамдар:

1. TiO2 және ультракүлгін сәулесімен фотокатализ

2. Жабдықтар

3. Ауа тазартқыштың 3D дизайны

4. Электрондық схема

5. Дәнекерлеу және жинау

6. Құрылғы аяқталды

7. Сасық аяқ киімді тазалау әрекеті

1 -қадам: TiO2 және ультракүлгін сәулесімен фотокатализ

Бұл бөлімде мен реакцияның теориясын түсіндіремін.

Барлығы жоғарыдағы суретте графикалық түрде жинақталған. Төменде мен суретті түсіндіремін.

Негізінде, энергиясы жеткілікті фотон электрон айналатын орбитадағы TiO2 молекуласына келеді. Фотон электронды қатты ұрады және оны валенттік диапазоннан өткізгіштік диапазонға секіруге мәжбүр етеді, бұл секіру TiO2 жартылай өткізгіш болғандықтан және фотонның энергиясы жеткілікті болғандықтан мүмкін. Фотонның энергиясы оның толқын ұзындығымен мына формула бойынша анықталады:

E = hc/λ

мұндағы h - Планк тұрақтысы, c - жарық жылдамдығы және λ - фотонның толқын ұзындығы, ол біздің жағдайда 365нм. Сіз бұл онлайн -калькулятордың көмегімен энергияны есептей аласыз. Менің жағдайда бұл E = 3, 397 эВ.

Электрон секіргеннен кейін бос электрон мен бос тесік пайда болады:

электронды электронды

тесік h+

Ал бұл екеуіне ауа бөліктері болып табылатын басқа молекулалар әсер етеді:

Су буының H2O молекуласы

OH- гидроксид

О2 оттегінің молекуласы

Бірнеше тотығу -тотықсыздану реакциялары жүреді (олар туралы толығырақ мына бейнеден біліңіз).

Тотығу:

Су буы мен тесік гидроксил радикалын және гидратталған сутегі ионын береді: H2O + h + → *OH + H + (aq)

Гидроксид плюс тесік гидроксил радикалын береді: OH- + h + → *OH

Азайту:

оттегі молекуласы мен электрон супероксидті анион береді: O2 + e- → O2-

Бұл екі жаңа зат (гидроксил радикал және супероксидті анион) бос радикалдар. Еркін радикал - бұл бір жұпталмаған электроны бар атом, молекула немесе иондар, бұл өте күлкілі Crush Course бейнеде айтылғандай, бұл өте тұрақсыз.

Еркін радикалдар химияда болатын көптеген тізбекті реакцияларға негізгі жауап береді, мысалы, мономерлер бір -бірімен қосылып полимер түзгенде немесе басқаша айтқанда пластик деп атайтын кезде пайда болатын полимерлену (бірақ бұл басқа әңгіме)).

O2- жағымсыз иісті молекулалар мен бактерияларға тигізеді және олардың көміртегі байланысын бұзады, СО2 (көмірқышқыл газы) түзеді.

*OH жағымсыз иісті молекулалар мен бактерияларға түседі және олардың сутек байланысын бұзады, H2O (су буы) түзеді

Еркін радикалдың көміртекті қосылыстарға немесе организмдерге бірігуі минерализация деп аталады және дәл осы жерде өлтіру жүреді.

Қосымша ақпарат алу үшін мен кіріспеде келтірген ғылыми мақалалардың PDF файлын тіркедім.

2 -қадам: Жабдықтар

Бұл жобаны жасау үшін сізге қажет:

- 3D басып шығарылған корпус

- 3D басып шығарылған қақпақ

- қалыңдығы 2 мм анодталған алюминий лазермен кесілген

- жібек экран (міндетті емес, мен оны қолданған жоқпын)

- 365нм жоғары қуатты ультракүлгін 5 дана

- 3535 ізі бар ПХД жұлдыздары немесе жарық диодтары жұлдызға орнатылған

- термиялық екі жақты жабысқақ таспа

- TiO2 фотокатализатор сүзгісі

- 20 Вт 5 В қуат көзі

- ЕО қосқышы 5/2.1мм

- желдеткіш 40х10 мм

- жылулық жылайтын түтіктер

- қарама -қарсы жақтағыш M3 болттар мен гайкалар

- 5 1 Вт 5 Ом резисторлар

- 1 0,5 Вт 15 Ом резистор

- шағын сымдар

Мен кейбір заттарды сатып алуға сілтемелер қостым, бірақ мен сатушылармен серіктестік бағдарламасын жүргізбеймін. Мен сілтемелерді тек біреудің ауа тазартқышты осылай көшіргісі келсе, жеткізілімдер мен шығындар туралы түсінікке ие бола алатындықтан ғана қойдым.

3 -қадам: ауа тазартқыштың 3D дизайны

Жетістікте.x_b форматындағы барлық жинақ файлын таба аласыз.

Сіз 3D басып шығару үшін корпусты оңтайландыруға тура келгенін байқайсыз. Мен қабырғаларды қалыңдаттым, мен негіздегі бұрышты тегістемеуге шешім қабылдадым.

Жылытқыш лазермен кесіледі және фрезерленеді. Жақсырақ иілуге мүмкіндік беретін 2 мм анодталған алюминийде (ҚЫЗЫЛ ЗОНА) 1 мм төмендету бар. Иілу қысқыштар мен қысқыштармен қолмен орындалды.

Менің бір досым корпустың алдыңғы жағындағы үлгі Лелудың «Бесінші элемент» фильмінде киетін татуировкасына ұқсас екенін байқатты. Күлкілі сәйкестік!

4 -қадам: Электрондық схема

Электрондық схема өте оңай. Бізде тұрақты кернеудің 5В кернеуі бар, сонымен қатар біз 5 жарықдиодты және желдеткішті орналастырамыз. Көптеген резисторлар мен кейбір математикалық есептеулер арқылы біз жарықдиодты және желдеткішке қанша ток беретінін шешеміз.

ЖШД

Жарықдиодты деректер кестесіне қарап, біз оларды максималды 500 мА дейін жеткізе алатынымызды көреміз, бірақ мен оларды жартылай қуатпен (≈250mA) басқаруға шешім қабылдадым. Мұның себебі - бізде шағын радиатор бар, ол негізінен олар бекітілген алюминий пластина. Егер біз светодиодты 250мА -да жүргізетін болсақ, онда жарық диодтың тура кернеуі 3,72В құрайды. Біз тізбектің сол тармағына қоюды шешкен қарсылыққа сәйкес біз ток аламыз.

5V - 3.72V = 1.28V - бұл резистордағы кернеу потенциалы

Ом заңы R = V/I = 1,28/0,25 = 6,4 Ом

Мен 5 Ом кедергісінің коммерциялық мәнін қолданамын

Резистордың қуаты = R I^2 = 0,31 Вт (мен 1 Вт резисторды қолдандым, мен біраз маржа қалдырдым, себебі жарық диоды аймақты сәл қыздыруы мүмкін).

ЖЕЛДЕТКІШ

Желдеткіштің кернеуі 5В және 180мА ток болып табылады, егер ол осы қуатпен басқарылса, ол ауаны 12м3/сағ жылдамдықпен жылжыта алады. Мен бұл жылдамдықта желдеткіштің тым шулы екенін байқадым (27 дБ), сондықтан мен желдеткішке кернеу мен ток беруді біршама төмендетуге шешім қабылдадым, ол үшін 15 Ом резисторды қолдандым. Қажетті мәнді түсіну үшін мен потенциометрді қолдандым, менде токтың жартысы 100мА болатынын көрдім.

Резистордың қуаты = R I^2 = 0,15 Вт (мен мұнда 0,5 Вт резисторды қолдандым)

Желдеткіштің нақты соңғы шығыны 7,13 м3/сағ құрайды.

5 -қадам: Дәнекерлеу және жинау

Мен светодиодтарды біріктіру үшін жұқа кабельдерді қолдандым және бүкіл тізбекті жасадым және бәрін мүмкіндігінше дәнекерледім. Сіз резисторлар жылу өткізбейтін түтіктердің ішінде қорғалғанын көре аласыз. Светодиодтардың анодын және чатодын дұрыс полюстерге дәнекерлеу керек екенін біліңіз. Анодтар резистордың бір ұшына өтеді, ал катодтар GND-ге (біздің жағдайда -5V) өтеді. Жарық диодында анод белгісі бар, оның орналасқан жерін жарықдиодты деректер кестесінен табыңыз. Жарық диодтары жылытқышқа термиялық екі жақты жабысқақ таспамен бекітілген.

Мен шынымен бірінші суретте көрсетілген барлық блокты (радиатор, жарық диодтары мен желдеткіш) оңай алып тастау үшін тұрақты ток қосқышын (мөлдір) қолдандым, бірақ бұл элементтен аулақ болуға болады.

Қара 5/2.1 EU DC негізгі қуат көзінің қосқышы мен қолмен бұрғыланған тесікке жабыстырылған.

Қақпақты бұрандалармен бекіту үшін қақпақта жасаған бүйірлік тесіктер де қолмен бұрғыланды.

Сол кішкене кеңістікте барлық дәнекерлеуді жасау кішкене қиын болды. Сіз оны қуана қабылдайсыз деп үміттенемін.

6 -қадам: құрылғы аяқталды

Құттықтаймын! Тек оны қосыңыз және ауаны тазартуды бастаңыз.

Ауа ағынының жылдамдығы 7,13 м3/сағ құрайды, сондықтан 3x3x3 м бөлмені 4 сағат ішінде тазалау керек.

Тазартқыш қосулы кезде мен одан озонды еске түсіретін иіс шығатынын байқадым.

Сізге бұл нұсқаулық ұнады деп үміттенемін, егер сіз одан да қызықты болсаңыз, мен жасаған тәжірибе туралы қосымша бөлім бар.

Егер сіз өзіңіздің жеке ауа тазартқышты жасағыңыз келмесе, бірақ оны бірден алғыңыз келсе, оны Etsy -ден сатып алуға болады. Мен ерлі -зайыптыларға парақшама кіруге мүмкіндік бердім.

Сау болыңыз және қамқорлық жасаңыз, Пьетро

7 -қадам: Эксперимент: сасық аяқ киімді тазалау әрекеті

Бұл қосымша бөлімде мен тазартқышпен жасаған кішкене күлкілі тәжірибені көрсеткім келеді.

Бастапқыда мен өте сасық аяқ киімді салдым - сендіремін, ол өте жағымсыз иісті - көлемі 0,0063 м3 акрилді цилиндрге. Бұл иісі бар аяқ киімді күкірт пен көміртегі бар үлкен молекулалар, сондай -ақ аяқ киімді киген аяқтан келетін биоөнімдер мен бактериялар құрайды. Мен тазартқышты қосқан кезде мен күтетін нәрсе - VOC азайту және СО2 жоғарылауы.

Мен аяқ киімді контейнердегі «сасық тепе -теңдікке» жету үшін цилиндрде 30 минутқа қалдырдым. Сенсор арқылы мен CO2 (+333%) мен VOC (+120%) көлемінің ұлғаюын байқадым.

30 -минутта мен цилиндр ішіне ауа тазартқышты қойдым, мен оны 5 минут қостым. Мен CO2 (+40%) және VOC (+38%) одан әрі өсуін байқадым.

Мен сасық аяқ киімді алып тастадым, мен тазартқышты 9 минут қосулы күйде қалдырдым, ал СО2 мен VOC күрт өсуде.

Бұл эксперимент бойынша цилиндрдің ішінде бірдеңе болды. Егер минералдану процесінде VOC және бактериялар жойылса, теория бізге CO2 мен H2O түзілетінін айтады, сондықтан бұл жұмыс істейді деп айтуға болады, себебі эксперимент СО2 түзілуін көрсетеді, бірақ неге VOC көбейе берді? Себеп сенсорды дұрыс пайдаланбағандықтан болуы мүмкін. Мен қолданған сенсор - бұл суретте көрсетілген, мен түсіндім, ол CO2 -ді кейбір ішкі алгоритмдерді қолданып VOC пайызына сәйкес бағалайды, сонымен қатар VOC қанықтылығына оңай жетеді. Датчик модуліне әзірленген және кіріктірілген алгоритм шикі деректерді түсіндірді, мысалы. металл оксидінің жартылай өткізгіш кедергісінің мәні, CO2 эквивалентті мәнінде NDIR CO2 газ датчигімен салыстыру сынағы және FID құралымен салыстыру сынағы негізінде VOC жиынтығының мәні. Менің ойымша, мен күрделі және дәл жабдықты қолданған жоқпын.

Қалай болғанда да, жүйені осылай тексеруге тырысу күлкілі болды.

Көктемгі тазалық байқауының бірінші жүлдесі