Titan dioksidi va UV havo tozalash vositasi: 7 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:23

Salom Instructable hamjamiyati, Umid qilamanki, hozir biz yashayotgan favqulodda vaziyatlarda barchangiz yaxshisiz.

Bugun men sizga amaliy tadqiqot loyihasini taqdim etaman. Bu yo'riqnomada men sizga TiO2 (titanium dioksid) fotokatalik filtri va UVA LEDlari bilan ishlaydigan havo tozalash moslamasini qurishni o'rgataman. Men sizga o'z qo'lingiz bilan tozalash vositasini qanday yasashni aytaman va men ham sizga tajriba ko'rsataman. Ilmiy adabiyotlarga ko'ra, bu filtr yomon hidni olib tashlab, havodagi bakteriyalar va viruslarni, shu jumladan koronavirus oilasini o'ldirishi kerak.

Ushbu tadqiqotda siz ushbu texnologiyadan bakteriyalar, zamburug'lar va viruslarni yo'q qilishda qanday samarali foydalanish mumkinligini ko'rishingiz mumkin; Ular aslida 2004 yilgi "SARS virusiga fotokatalitik titan apatit filtrining inaktivatsiya ta'siri" nomli tadqiqotni keltiradilar, unda tadqiqotchilar o'tkir respirator sindromli viruslarning 99,99 foizi o'ldirilganini aytishadi.

Men bu loyiha bilan o'rtoqlashmoqchiman, chunki bu juda qiziq loyiha bo'lishi mumkin, chunki u jiddiy muammoni hal qilishga harakat qiladi va ko'p tarmoqli: u kimyo, elektronika va mexanik dizayn tushunchalarini birlashtiradi.

Qadamlar:

1. TiO2 va UV nurli fotokataliz

2. Ta'minotlar

3. Havo tozalagichning 3D dizayni

4. Elektron sxemasi

5. Lehimlash va yig'ish

6. Qurilma to'liq

7. Xushbo'y poyabzalni tozalash harakatlari

1 -qadam: TiO2 va UV nurli fotokataliz

Bu bo'limda men reaktsiya nazariyasini tushuntiraman.

Yuqoridagi rasmda hamma narsa grafik tarzda umumlashtirilgan. Quyida tasvirni tushuntirib beraman.

Asosan, etarli energiyaga ega bo'lgan foton elektron aylanadigan orbitadagi TiO2 molekulasiga keladi. Foton elektronni qattiq uradi va uni valentlik diapazonidan o'tkazuvchanlik zonasiga sakrashga majbur qiladi, bu o'tish mumkin, chunki TiO2 yarimo'tkazgichdir va foton etarli energiyaga ega. Fotonning energiyasi uning to'lqin uzunligi bilan quyidagi formula bo'yicha aniqlanadi:

E = hc/λ

bu erda h - Plank konstantasi, c - yorug'lik tezligi va ph - foton to'lqin uzunligi, bu bizning holatimizda 365nm. Siz ushbu onlayn kalkulyator yordamida energiyani hisoblashingiz mumkin. Menimcha, bu E = 3, 397 eV.

Elektron sakrab chiqqach, bo'sh elektron va bo'sh teshik paydo bo'ladi:

elektron elektron

teshik h+

O'z navbatida, bu ikkalasini havoning bir qismi bo'lgan boshqa molekulalar uradi:

Suv bug'ining H2O molekulasi

OH- gidroksidi

O2 kislorod molekulasi

Bir nechta redoks reaktsiyalari ro'y beradi (bu videoda ular haqida ko'proq bilib oling).

Oksidlanish:

Suv bug'lari va teshiklari gidroksil radikal va gidratlangan vodorod ionini beradi: H2O + h + → *OH + H + (aq)

Gidroksid ortiqcha teshik gidroksil radikalini beradi: OH- + h + → *OH

Kamaytirish:

kislorod molekulasi va elektron superoksid anionini beradi: O2 + e- → O2-

Bu hosil bo'lgan ikkita yangi narsa (gidroksil radikal va superoksid anion) erkin radikallardir. Erkin radikal - bu bitta ulanmagan elektronli atom, molekula yoki ionlar, bu juda kulgili Crush Course videosida aytilganidek, beqaror.

Erkin radikallar kimyo sohasida sodir bo'ladigan ko'plab zanjirli reaktsiyalar uchun asosiy mas'uldir, masalan, monomerlar bir -biriga qo'shilib polimer hosil qilganda yoki boshqacha qilib aytganda, biz plastmassa deb aytganda sodir bo'ladigan polimerlanish.).

O2- yomon hidli molekulalar va bakteriyalarni uradi va uglerod aloqalarini uzib, CO2 (karbonat angidrid) hosil qiladi.

*OH yomon hidli molekulalar va bakteriyalarga tegib, ularning vodorod aloqalarini uzib, H2O (suv bug'i) hosil qiladi.

Erkin radikalning uglerodli birikmalar yoki organizmlarga birlashishi mineralizatsiya deb ataladi va aynan shu erda qotillik sodir bo'ladi.

Qo'shimcha ma'lumot olish uchun men kirish matnida keltirilgan ilmiy maqolalarning PDF formatini biriktirdim.

2 -qadam: materiallar

Ushbu loyihani amalga oshirish uchun sizga kerak bo'ladi:

- 3D bosma quti

- 3D bosilgan qopqoq

- qalinligi 2 mm bo'lgan anodlangan alyuminiy lazer bilan kesilgan

- ipak ekran (ixtiyoriy, oxir -oqibat men uni ishlatmadim)

- 5 dona yuqori quvvatli UV LED 365nm

- 3535 ta oyoq iziga ega bo'lgan tenglikni yulduzlari yoki yulduzlar allaqachon yulduzga o'rnatilgan

- termal ikki tomonlama yopishqoq lenta

- TiO2 fotokatalizator filtri

- Quvvat manbai 20 Vt 5 V

- Evropa Ittifoqi ulagichi 5/2.1 mm

- Fan 40x10 mm

- termal qichqiriq naychalari

- hisoblagichli bosh M3 murvat va yong'oqlar

- 5 1 Vt 5 ohmli rezistorlar

- 1 0,5 Vt 15 ohmli qarshilik

- kichik simlar

Men ba'zi narsalarni sotib olish uchun havolalarni qo'shdim, lekin men sotuvchilar bilan hech qanday sheriklik dasturini ishlamayman. Men havolalarni qo'ydim, chunki kimdir havo tozalash moslamasini shu tarzda takrorlamoqchi bo'lsa, etkazib berish va xarajatlar haqida tasavvurga ega bo'lishi mumkin.

3 -qadam: Havo tozalagichning 3D dizayni

Siz butun yig'ish faylini.x_b formatida topishingiz mumkin.

Siz sezishingiz mumkinki, men 3D bosib chiqarish uchun sumkani optimallashtirishim kerak edi. Men devorlarni qalinlashtirdim va taglik burchagini tekislamaslikka qaror qildim.

Sovutgich lazer bilan kesiladi va maydalanadi. 2 mm anodlangan alyuminiyda (RED ZONE) 1 mm pastga tushirish bor, bu esa yaxshiroq egilishga imkon beradi. Bükme, penseler va vise bilan qo'lda qilingan.

Bir do'stim, korpusning old qismidagi naqsh, "Beshinchi element" filmidagi Leeloo tatuirovkasiga o'xshashligini payqadi. Qiziqarli tasodif!

4 -qadam: elektron davr

Elektron sxemasi juda oson. Bizda 5V doimiy kuchlanishli quvvat manbai bor va parallel ravishda biz 5 ta LED va fanni joylashtiramiz. Ko'p sonli rezistorlar va ba'zi matematik hisob -kitoblar yordamida biz LED va fanga qancha oqim berishini hal qilamiz.

LEDlar

LED ma'lumot varag'iga qarab, biz ularni maksimal 500mAgacha haydashimiz mumkinligini ko'ramiz, lekin men ularni yarim quvvat bilan (p250mA) boshqarishga qaror qildim. Sababi shundaki, bizda kichik sovutgich bor, bu asosan ular biriktirilgan alyuminiy plastinka. Agar biz LEDni 250mA da boshqaradigan bo'lsak, LEDning oldingi voltaji 3,72V. O'chirishning ushbu tarmog'ini o'rnatishga qaror qilgan qarshilikka ko'ra, biz oqimni olamiz.

5V - 3.72V = 1.28V - bu biz rezistorda kuchlanish potentsiali

Ohm qonuni R = V/I = 1,28/0,25 = 6,4 ohm

Men 5 ohm qarshilikning tijorat qiymatidan foydalanaman

Rezistorning kuchi = R I^2 = 0,31 Vt (men aslida 1 Vt rezistorlardan foydalandim, bir oz chegara qoldirdim, chunki LED maydonni biroz qizdirishi mumkin edi).

MUHLIS

Ventilyator tomonidan tavsiya etilgan kuchlanish 5V va 180mA oqimdir, agar bu quvvat bilan boshqarilsa, u 12m3/soat oqim tezligida havoni harakatlantira oladi. Men shuni payqadimki, fan juda shovqinli (27dB), shuning uchun men fanning kuchlanish manbai va oqimini bir oz pasaytirishga qaror qildim, buning uchun men 15 ohmli rezistordan foydalandim. Kerakli qiymatni tushunish uchun men potentsiometrdan foydalandim va oqimning yarmi, 100mA bo'lganida ko'rdim.

Rezistorning kuchi = R I^2 = 0,15 Vt (men bu erda 0,5 Vt qarshilik ishlatganman)

Shunday qilib, fanning yakuniy oqim tezligi soatiga 7,13 m3 ni tashkil qiladi.

5 -qadam: Lehimlang va yig'ing

Men ingichka kabellardan foydalanib, LEDlarni birlashtirdim va butun sxemani qildim va hamma narsani iloji boricha tartibda lehimladim. Ko'ryapsizmi, rezistorlar issiqlik o'tkazmaydigan quvurlar ichida himoyalangan. Bilingki, siz LEDlarni anodini va chatodini to'g'ri qutblarga lehimlashingiz kerak. Anodlar bitta rezistor uchiga o'tadi va katodlar GND ga o'tadi (bizning holatimizda -5V). LEDda anod belgisi mavjud, uning joylashuvini LED ma'lumot jadvalidan qidirib toping. LEDlar sovutgichga termal ikki tomonlama yopishqoq lenta bilan biriktirilgan.

Men birinchi rasmda ko'rsatilgan barcha blokni (radiator, LED va fan) osongina olib tashlash uchun shahar konnektorini (shaffof) ishlatganman, lekin bu elementdan qochish mumkin.

Qora 5/2.1 Evropa DC asosiy quvvat manbai ulagichi men qo'lda burg'ulagan teshikka yopishtirilgan.

Qopqoqni korpusga vintlar bilan mahkamlash uchun qopqog'ida qilgan yon teshiklar ham qo'lda burg'ulashgan.

Kichkina bo'shliqda barcha lehimlarni tayyorlash biroz qiyin edi. Umid qilamanki, uni quchoqlash sizga yoqadi.

6 -qadam: Qurilma to'liq

Tabriklaymiz! Uni tarmoqqa ulang va havoni tozalashni boshlang.

Havo oqimi tezligi 7,13 m3/soatni tashkil qiladi, shuning uchun 3x3x3 m hajmli xona taxminan 4 soat ichida tozalanishi kerak.

Tozalash vositasi yoqilganda, men undan ozonni eslatuvchi hid chiqishini payqadim.

Umid qilamanki, sizga bu ko'rsatma yoqdi va agar siz ko'proq qiziqsangiz, men qilgan tajriba haqida qo'shimcha bo'lim mavjud.

Agar siz o'zingiz havo tozalash moslamasini qurishni xohlamasangiz, lekin uni darhol olishni xohlasangiz, uni Etsy -dan sotib olishingiz mumkin. Men er -xotinni sahifaga kirishga ruxsat berdim.

Xayr va ehtiyot bo'ling, Pietro

7 -qadam: Tajriba: poyabzalni hidli tozalash

Ushbu qo'shimcha bo'limda men tozalash vositasi bilan qilgan kichik kulgili tajribani ko'rsatmoqchiman.

Avvaliga men juda badbo'y poyabzal qo'ydim - ishontirib aytamanki, u juda yomon hidlangan - hajmi 0,0063 m3 bo'lgan germetik akril tsilindrga. Xushbo'y hidli bu poyabzal nimaga aylanishi kerak, bu oltingugurt va uglerodli katta molekulalar, shuningdek, bu poyabzal kiygan oyog'idan chiqadigan biologik chiqindilar va bakteriyalar. Men tozalash moslamasini yoqganimda ko'rmoqchi bo'lgan narsa bu VOCni kamaytirish va CO2 ni ko'paytirish edi.

Men konteyner ichidagi "hidli balansga" erishish uchun poyabzalni tsilindrda 30 daqiqaga qoldirdim. Sensor orqali men CO2 (+333%) va VOC (+120%) ning katta o'sishini payqadim.

30 -daqiqada men tsilindr ichiga havo tozalagichni qo'ydim va uni 5 minut yoqdim. Men CO2 (+40%) va VOC (+38%) ning yana o'sishini payqadim.

Men yoqimsiz poyabzalni echib tashladim va men tozalagichni 9 minut yoqib qo'ydim, CO2 va VOC keskin oshib ketdi.

Shunday qilib, ushbu tajribaga ko'ra, silindr ichida nimadir sodir bo'layotgan edi. Agar VOC va bakteriyalar minerallashuv jarayonida yo'q qilinayotgan bo'lsa, nazariya bizga CO2 va H2O hosil bo'lishini aytadi, shuning uchun tajriba shuni ko'rsatadiki, CO2 hosil bo'ladi, lekin nima uchun VOC ham o'sishda davom etmoqda? Buning sababi men noto'g'ri sensor ishlatganligim bo'lishi mumkin. Men ishlatgan sensor - bu rasmda ko'rsatilgan va men tushunganimga ko'ra, CO2 ni ba'zi ichki algoritmlar yordamida VOC foiziga qarab baholaydi va VOC to'yinganligiga osongina erishadi. Ishlab chiqilgan va sensor moduliga kiritilgan algoritm xom ma'lumotlarni sharhladi, masalan. NDIR CO2 gaz sensori bilan taqqoslash testi va FID asbobi bilan taqqoslash testi asosida jami VOC qiymati yordamida CO2 ekvivalentidagi metall oksidli yarimo'tkazgichli qarshilik qiymati. O'ylaymanki, men uskunalarni etarlicha murakkab va aniq ishlatmaganman.

Qanday bo'lmasin, tizimni shu tarzda sinab ko'rish juda kulgili edi.

Bahorgi tozalash musobaqasida birinchi mukofot