Dioksidi i titanit dhe pastruesi UV i ajrit: 7 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:12

Përshëndetje komuniteti i Instructable, Shpresoj që të gjithë të jeni mirë në rrethanat emergjente që po jetojmë në këtë moment.

Sot po ju sjell një projekt kërkimi të aplikuar. Në këtë Udhëzues do t'ju mësoj se si të ndërtoni një pastrues ajri duke punuar me një filtër fotokatalik TiO2 (Dioksid Titaniumi) dhe LED UVA. Unë do t'ju tregoj se si ta bëni pastruesin tuaj dhe gjithashtu do t'ju tregoj një eksperiment. Sipas literaturës shkencore, ky filtër duhet të heqë aromat e këqija dhe të vrasë bakteret dhe viruset në ajrin që kalon përmes tij, përfshirë familjen e koronavirusit.

Në këtë punim kërkimor mund të shihni se si kjo teknologji mund të përdoret në mënyrë efektive për të vrarë bakteret, kërpudhat dhe viruset; ata në të vërtetë citojnë një hulumtim të vitit 2004 të titulluar Efekti i Inaktivizimit të Filtrit Fototatalitik Titanium Apatit në SARS Virus, në të cilin studiuesit deklarojnë se 99.99% e viruseve të rënda të sindromës akute të frymëmarrjes u vranë.

Unë do të doja të ndaja këtë projekt pasi besoj se mund të jetë një projekt veçanërisht interesant sepse përpiqet të zgjidhë një problem serioz dhe sepse është multidisiplinar: ai bashkon nocionin e kimisë, elektronikës dhe dizajnit mekanik.

Hapat:

1. Fotokataliza me TiO2 dhe drita UV

2. Furnizimet

3. Dizajni 3D i pastruesit të ajrit

4. Qarku elektronik

5. Saldoni dhe montoni

6. Pajisja e plotë

7. Përpjekja e qelbur e pastrimit të këpucëve

Hapi 1: Fotokataliza me TiO2 dhe Drita UV

Në këtë pjesë do të shpjegoj teorinë që qëndron pas reagimit.

Gjithçka është përmbledhur në mënyrë grafike në imazhin e mësipërm. Më poshtë do të shpjegoj imazhin.

Në thelb, fotoni me energji të mjaftueshme arrin në molekulën e TiO2 në orbitën ku një elektron po rrotullohet. Fotoni godet fort elektronin dhe e bën atë të hidhet larg nga brezi i valencës në brezin e përcjelljes, ky kërcim është i mundur sepse TiO2 është një gjysmëpërçues dhe sepse fotoni ka energji të mjaftueshme. Energjia e fotonit përcaktohet nga gjatësia e valës së tij sipas kësaj formule:

E = hc/λ

ku h është Konstanta e Dërrasës, c është shpejtësia e dritës dhe λ është gjatësia e valës së fotonit, e cila në rastin tonë është 365nm. Ju mund të llogaritni energjinë duke përdorur këtë kalkulator të bukur në internet. Në rastin tonë është E = 3, 397 eV.

Pasi elektroni të hidhet larg, ekziston një elektron i lirë dhe një vrimë e lirë ku ishte dikur:

elektron e-

vrima h+

Dhe këto të dyja nga ana tjetër goditen nga disa molekula të tjera që janë pjesë e ajrit të cilat janë:

Molekula H2O e avullit të ujit

OH- Hidroksid

Molekulë O2 e oksigjenit

Ndodhin disa reagime redoks (mësoni më shumë rreth tyre në këtë video).

Oksidimi:

Avulli i ujit plus një vrimë jep hidroksil radikal plus jon hidrogjeni të hidratuar: H2O + h + → *OH + H + (aq)

Hidroksid plus një vrimë jep radikal hidroksil: OH- + h + → *OH

Reduktimi:

molekula e oksigjenit plus një elektron jep anion superoksid: O2 + e- → O2-

Këto dy gjëra të reja të formuara (radikali hidroksil dhe anioni superoksid) janë radikalet e lira. Një radikal i lirë është një atom, molekulë ose jone me një elektron të vetëm të paçiftuar, kjo është e çmendur e paqëndrueshme siç thuhet në këtë video shumë qesharake të Kursit të Crush.

Radikalët e lirë janë përgjegjësit kryesorë për shumë reaksione zinxhir që ndodhin në kimi, për shembull polimerizimi, i cili ndodh kur monomerët bashkohen me njëri -tjetrin për të formuar një polimer, ose me fjalë të tjera për të bërë atë që ne më gjerësisht e quajmë plastikë (por kjo është një histori tjetër)

O2- godet molekulat dhe bakteret e erës së keqe të madhe dhe thyen lidhjet e tyre të karbonit duke formuar CO2 (dioksid karboni)

*OH godet molekulat dhe bakteret e mëdha të erës së keqe dhe thyen lidhjet e tyre të hidrogjenit duke formuar H2O (avujt e ujit)

Bashkimi i radikalit të lirë me komponimet ose organizmat e karbonit quhet mineralizim dhe pikërisht këtu po ndodh vrasja.

Për informacione të mëtejshme kam bashkangjitur PDF -në e punimeve shkencore që citova në hyrje.

Hapi 2: Furnizimet

Për të realizuar këtë projekt do t'ju duhet:

- Kasa e printuar 3D

- Kapak i printuar 3D

- alumini i anodizuar i prerë me lazer me trashësi 2mm

- ekran mëndafshi (opsional, përfundimisht nuk e kam përdorur)

- 5 copë LED me fuqi të lartë UV 365nm

- Yjet e PCB me 3535 gjurmë ose LED të montuar tashmë në një yll

- shirit ngjitës termal të dyanshëm

- Filtri fotokalizator TiO2

- Furnizimi me energji 20W 5V

- Lidhës BE 5/2.1mm

- Tifoz 40x10mm

- tuba termike që bërtasin

- bulona dhe arra të kokës M3 të kundërt

- 5 rezistente 1W 5ohm

- 1 rezistencë 0.5W 15ohm

- tela të vegjël

Unë kam shtuar lidhjet për blerjen e disa gjërave, por nuk jam duke drejtuar ndonjë program bashkëpunimi me shitësit. I vendos lidhjet vetëm sepse nëse dikush do të donte të përsëriste pastruesin e ajrit në këtë mënyrë mund të ketë një ide për furnizimet dhe kostot.

Hapi 3: Dizajni 3D i Pastruesit të Ajrit

Ju mund të gjeni të gjithë skedarin e asamblesë në formatin.x_b në arritjen.

Ju mund të vini re se më është dashur të zgjedh rastin për printimin 3D. I bëra muret më të trasha dhe vendosa të mos e zbusja këndin në bazë.

Ngrohësi është prerë dhe bluar me lazer. Ekziston një ulje prej 1 mm në aluminin e anodizuar 2 mm (ZONA E KUQ) që lejon përkulje më të mirë. Lakimi është bërë me dorë me pincë dhe vizë.

Një miku im më bëri të vërej se modeli në pjesën e përparme të kasës është i ngjashëm me tatuazhin që Leeloo mban në filmin Elementi i Pestë. Rastësi qesharake!

Hapi 4: Qarku elektronik

Qarku elektronik është shumë i lehtë. Ne kemi një furnizim me energji të vazhdueshme të tensionit prej 5V dhe paralelisht do të vendosim 5 LED dhe një tifoz. Përmes një mori rezistencash dhe me disa llogaritje matematikore ne vendosim se sa rrymë do të furnizonim në LED dhe në ventilator.

LEDs

Duke parë fletën e të dhënave LED ne shohim se ne mund t'i drejtojmë ato deri në 500mA maksimum, por vendosa t'i drejtoj me gjysmë fuqie (50250mA). Arsyeja është se ne kemi një ngrohës të vogël të nxehtësisë, i cili është në thelb pllaka alumini në të cilën ata janë ngjitur. Nëse e drejtojmë LED në 250mA tensioni i përparmë i LED është 3.72V. Sipas rezistencës që vendosim të vendosim në atë degë të qarkut marrim rrymën.

5V - 3.72V = 1.28V është potenciali i tensionit që kemi në rezistencë

Ligji i Ohmit R = V/I = 1.28/0.25 = 6.4ohm

Unë do të përdor vlerën komerciale të rezistencës prej 5ohm

Fuqia e rezistencës = R I^2 = 0.31W (Unë në fakt kam përdorur rezistorë 1W, kam lënë një diferencë sepse LED mund të ngrohë zonën mjaft).

Tifozi

Tensioni i sugjeruar nga ventilatori është 5V dhe 180mA rrymë, nëse drejtohet me këtë fuqi mund të lëvizë ajrin me shpejtësinë e rrjedhës prej 12m3/orë. Vura re se ecja me këtë shpejtësi ventilatori ishte shumë e zhurmshme (27dB), kështu që vendosa të ul pak furnizimin me tension dhe furnizimin aktual me tifozin, për ta bërë këtë unë përdor një rezistencë 15ohm. Për të kuptuar vlerën e nevojshme, unë përdor një potenciometër dhe pashë kur do të kisha rreth gjysmën e rrymës, 100mA.

Fuqia e rezistencës = R I^2 = 0.15W (kam përdorur rezistencë 0.5W këtu)

Pra, shkalla aktuale aktuale e rrjedhjes së ventilatorit rezulton 7.13 m3/orë.

Hapi 5: Saldoni dhe montoni

Unë kam përdorur kabllo të hollë për të bashkuar LED -të së bashku dhe për të bërë të gjithë qarkun dhe bashkova gjithçka sa më mirë të organizuar. Ju mund të shihni se rezistorët janë të mbrojtur brenda tubit të tkurrjes së nxehtësisë. Jini të vetëdijshëm se duhet të lidhni anodën dhe chatodën e LED -ve në polet e djathta. Anodat shkojnë në një fund të rezistencës dhe katodat shkojnë në GND (-5V në rastin tonë). Në LED ka një shenjë anode, gjeni vendndodhjen e tij duke e kërkuar atë në fletën e të dhënave LED. LED janë bashkangjitur në ngrohësin me shirit ngjitës termik të dyanshëm.

Unë në fakt kam përdorur një lidhës DC (ai transparent) për të hequr me lehtësi të gjithë bllokun e treguar në foton e parë (ngrohës, LED dhe ventilator), megjithatë ky element mund të shmanget.

Lidhësi kryesor i zi 5/2.1 EU DC i furnizimit me energji elektrike është ngjitur në një vrimë që e kam shpuar me dorë.

Vrimat anësore që bëra në kapak për të rregulluar kapakun me vida në kuti gjithashtu u shpuan me dorë.

Bërja e të gjitha bashkimeve në atë hapësirë të vogël ishte një sfidë e vogël. Shpresoj se do të kënaqeni duke e përqafuar.

Hapi 6: Pajisja është e plotë

Urime! Thjesht lidheni atë dhe filloni të pastroni ajrin.

Shkalla e rrjedhës së ajrit është 7.13 m3/orë, kështu që një dhomë me 3x3x3m duhet të pastrohet në rreth 4 orë.

Kur pastruesi është ndezur kam vënë re se prej tij del një erë që më kujton ozonin.

Shpresoj se ju ka pëlqyer kjo Instructable dhe nëse jeni edhe më shumë kuriozë ka një pjesë shtesë në lidhje me një eksperiment që kam bërë.

Nëse nuk jeni të gatshëm të krijoni pastruesin tuaj të ajrit, por dëshironi ta merrni menjëherë, mund ta blini në Etsy. Bëra një çift kështu që mos ngurroni të vizitoni faqen.

Mirupafshim dhe kujdes, Pietro

Hapi 7: Eksperimenti: Përpjekja për pastrimin e këpucëve me erë të keqe

Në këtë pjesë shtesë do të doja të tregoja një eksperiment pak qesharak që bëra me pastruesin.

Fillimisht vendosa një këpucë shumë të keqe - ju siguroj se me të vërtetë mbante erë të keqe - në një cilindër akrilik hermetik me vëllim 0.0063 m3. Çfarë duhet ta bëjë atë këpucë me erë të keqe janë molekula të mëdha që përmbajnë squfur dhe karbon, si dhe bio -fluide dhe baktere që vijnë nga këmba që mbante atë këpucë. Ajo që prisja të shihja kur ndez pastruesin ishte zvogëlimi i VOC dhe rritja e CO2.

E lash këpucën atje në cilindër për 30 minuta në mënyrë që të arrij "ekuilibrin e erërave" brenda enës. Dhe përmes një sensori vura re një rritje masive të CO2 (+333%) dhe VOC (+120%).

Në minutën 30 vendosa brenda cilindrit pastruesin e ajrit dhe e ndeza për 5min. Vura re një rritje të mëtejshme të CO2 (+40%) dhe VOC (+38%).

Hoqa këpucën e keqe dhe e lash pastruesin të ndezur për 9 minuta dhe CO2 dhe VOC po rriteshin në mënyrë dramatike.

Pra, sipas këtij eksperimenti diçka po ndodhte brenda atij cilindri. Nëse VOC dhe bakteret po shkatërrohen përmes procesit të mineralizimit, teoria na thotë se CO2 dhe H2O formohen, kështu që dikush mund të thotë se po funksionon sepse eksperimenti tregon se CO2 është duke u formuar, por pse edhe VOC vazhdon të rritet? Arsyeja mund të jetë që kam përdorur sensorin e gabuar. Sensori që kam përdorur është ai i treguar në foto dhe nga sa kuptova ai vlerëson CO2 sipas një përqindje të VOC duke përdorur disa algoritme të brendshme dhe gjithashtu arrin ngopjen e VOC lehtë. Algoritmi, i cili është zhvilluar dhe integruar në modulin e sensorit interpretoi të dhënat e papërpunuara, p.sh. vlera e rezistencës gjysmëpërçuese të oksidit metalik, në vlerën ekuivalente të CO2 duke bërë testin e krahasimit kundër sensorit të gazit NDIR CO2 dhe vlerës totale të VOC bazuar në testin e krahasimit me instrumentin FID. Unë mendoj se nuk kam përdorur pajisje të sofistikuara dhe mjaft të sakta.

Gjithsesi ka qenë qesharake të provosh të provosh sistemin në këtë mënyrë.

Çmimi i parë në Sfidën e Pastrimit të Pranverës