Titanium Dioxide at UV Air Purifier: 7 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Kamusta na komunidad ng Masasanay, Inaasahan kong maayos kayo lahat sa mga pang-emergency na pangyayari na nabubuhay tayo sa sandaling ito.

Ngayon ay magdadala ako sa iyo ng isang inilapat na proyekto sa pagsasaliksik. Sa Instructable na ito ay magtuturo ako sa iyo kung paano bumuo ng isang air purifier na gumagana sa isang filter ng photocatalyc ng TiO2 (Titanium Dioxide) at UVA LEDs. Sasabihin ko sa iyo kung paano gumawa ng iyong sariling purifier at magpapakita rin ako sa iyo ng isang eksperimento. Ayon sa panitikang pang-agham ang filter na ito ay dapat na alisin ang masamang amoy at pumatay ng bakterya at mga virus sa hangin na dumadaan dito, kabilang ang pamilya ng coronavirus.

Sa papel ng pagsasaliksik na ito maaari mong makita kung paano ang teknolohiyang ito ay maaaring magamit nang epektibo upang pumatay ng bakterya, fungi at mga virus; Talagang sinipi nila ang isang pagsasaliksik noong 2004 na pinamagatang The Inactivation Effect of Photocatalytic Titanium Apatite Filter on SARS Virus, kung saan isinasaad ng mga mananaliksik na 99.99% ng matinding mga matinding virus sa respiratory respiratory syndrome ang napatay.

Nais kong ibahagi ang proyektong ito dahil sa tingin ko maaari itong maging isang partikular na kagiliw-giliw na proyekto dahil sinusubukan nitong malutas ang isang seryosong problema at dahil sa multidisiplinang ito: pinagsasama nito ang ideya ng kimika, electronics at disenyo ng makina.

Ang mga hakbang:

1. Photocatalysis na may ilaw ng TiO2 at UV

2. Mga gamit

3. 3D Disenyo ng air purifier

4. Elektronikong circuit

5. Maghinang at magtipon

6. Kumpleto ang aparato

7. Ang mabaho pagsisikap sa paglilinis ng sapatos

Hakbang 1: Photocatalysis Sa TiO2 at UV Light

Sa seksyong ito ay ipapaliwanag ko ang teorya sa likod ng reaksyon.

Ang lahat ay binubuod nang grapiko sa imahe sa itaas. Sa ibaba ay ipapaliwanag ko ang imahe.

Talaga, ang photon na may sapat na enerhiya ay dumating sa Molekyul ng TiO2 sa orbit kung saan umiikot ang isang electron. Matindi ang pagtama ng photon sa electron at pinapatalon ito palayo sa valence band patungo sa conduction band, posible ang jump na ito dahil ang TiO2 ay isang semiconductor at dahil ang poton ay may sapat na enerhiya. Ang enerhiya ng poton ay natutukoy ng haba ng haba ng haba nito ayon sa pormulang ito:

E = hc / λ

kung saan h ang Plank Constant, c ang bilis ng ilaw at λ ang haba ng daluyong ng photon, na sa aming kaso ay 365nm. Maaari mong kalkulahin ang enerhiya gamit ang magandang online calculator na ito. Kaso namin ito ay E = 3, 397 eV.

Kapag ang elektron ay tumalon palayo mayroong isang libreng elektron at isang libreng butas kung saan ito dati:

elektron e-

butas h +

At ang dalawang ito naman ay na-hit ng ilang iba pang mga molekula na bahagi ng hangin na:

H2O Molekyul ng singaw ng tubig

OH- Hydroxide

O2 Molekyul ng oxygen

Ilang reaksyon ng redox ang nangyayari (alamin ang higit pa tungkol sa mga ito sa video na ito).

Oksihenasyon:

Ang singaw ng tubig kasama ang isang butas ay nagbibigay ng hydroxyl radical plus hydrated hydrogen ion: H2O + h + → * OH + H + (aq)

Ang Hydroxide plus isang butas ay nagbibigay ng radikal na hydroxyl: OH- + h + → * OH

Pagbabawas:

oxygen Molekyul plus isang electron ay nagbibigay ng superoxide anion: O2 + e- → O2-

Ang dalawang bagong bagay na nabuo (hydroxyl radical at superoxide anion) ay mga libreng radical. Ang isang libreng radikal ay isang atom, Molekyul o ions na may isang solong walang pares na elektron, ito ay nakatutuwang hindi matatag tulad ng sinabi sa napaka nakakatawang video ng Crush Course.

Ang mga libreng radical ay ang pangunahing responsable para sa maraming mga reaksyon ng kadena na nangyayari sa kimika, halimbawa ng polimerisasyon, na nangyayari kapag ang mga monomer ay sumali sa isa sa isa upang makabuo ng isang polimer, o sa madaling salita upang gawin ang mas malawak nating tawag sa plastik (ngunit iyon ay ibang kuwento).

Ang O2- ay tumama sa malalaking hindi magagandang amoy na mga molekula at bakterya at sinisira ang kanilang mga carbon bond na bumubuo ng CO2 (carbon dioxide)

* Ang OH ay tumama sa malalaking masamang mga molekula at bakterya at binabali ang kanilang mga hydrogen bond na bumubuo ng H2O (singaw ng tubig)

Ang unyon ng libreng radikal sa mga carbon compound o organismo ay tinatawag na mineralization at dito mismo nangyayari ang pagpatay.

Para sa karagdagang impormasyon na inilakip ko ang PDF ng mga pang-agham na papel na sinipi ko sa panimula.

Hakbang 2: Mga Pantustos

Upang magawa ang proyektong ito kakailanganin mo:

- 3D na naka-print na kaso

- 3D na takip na naka-print

- Pinutol ng laser ang anodized aluminyo 2mm na makapal

- Sutla screen (opsyonal, kalaunan hindi ko ito ginamit)

- 5 piraso ng mataas na kapangyarihan UV LED 365nm

- Mga bituin sa PCB na may 3535 footprint o LED na naka-mount sa isang bituin

- thermal double-sided adhesive tape

- TiO2 Photocatalyst Filter

- Power supply 20W 5V

- Konektor ng EU 5 / 2.1mm

- Fan 40x10mm

- mga thermal shrieking tubes

- countersunk head M3 bolts at nut

- 5 1W 5ohm resistors

- 1 0.5W 15ohm risistor

- maliit na mga wire

Naidagdag ko ang mga link para sa pagbili ng ilang mga bagay ngunit hindi ako nagpapatakbo ng anumang kaakibat na programa sa mga vendor. Inilagay ko lamang ang mga link dahil kung ang isang tao ay nais na magtiklop ng air purifier sa ganitong paraan ay maaaring magkaroon ng ideya ng mga supply at gastos.

Hakbang 3: Disenyo ng 3D ng Air Purifier

Mahahanap mo ang buong file ng pagpupulong sa format.x_b sa nakamit.

Maaari mong mapansin na kailangan kong i-optimize ang kaso para sa pag-print sa 3D. Ginawa kong mas makapal ang mga dingding at napagpasyahan kong hindi pakinisin ang anggulo sa base.

Ang heatsink ay pinutol ng laser at giniling. Mayroong isang 1mm na pagbaba sa 2mm anodized aluminyo (RED ZONE) na nagbibigay-daan para sa mas mahusay na baluktot. Ang baluktot ay nagawa nang manu-mano sa mga pliers at vise.

Pinansin ako ng isang kaibigan ko na ang pattern sa harap ng kaso ay katulad ng tattoo na isinusuot ni Leeloo sa pelikulang The Fifth Element. Nakakatawang pagkakataon!

Hakbang 4: Electronic Circuit

Napakadali ng electronic circuit. Mayroon kaming pare-pareho na boltahe na supply ng kuryente ng 5V at kahanay ay maglalagay kami ng 5 LEDs at isang fan. Sa pamamagitan ng isang bungkos ng resistors at may ilang mga kalkulasyon sa matematika nagpapasya kami kung magkano ang kasalukuyang magpapakain kami sa mga LED at sa fan.

ANG mga LED

Sa pagtingin sa LED datasheet makikita natin na maaari nating maitaboy ang mga ito hanggang sa 500mA maximum, ngunit napagpasyahan kong himukin sila sa kalahating lakas (≈250mA). Ang dahilan dito ay mayroon kaming isang maliit na heatsink, na karaniwang ang plate na aluminyo kung saan nakakabit ang mga ito. Kung hinihimok namin ang LED sa 250mA ang pasulong na boltahe ng LED ay 3.72V. Ayon sa pagtutol na nagpasya kaming ilagay sa sangay ng circuit na nakukuha namin ang kasalukuyang.

5V - 3.72V = 1.28V ay ang potensyal na boltahe na mayroon tayo sa risistor

Ohm batas R = V / I = 1.28 / 0.25 = 6.4ohm

Gagamitin ko ang komersyal na halaga ng paglaban ng 5ohm

Kapangyarihan ng risistor = R I ^ 2 = 0.31W (Talagang ginamit ko ang 1W resistors, nag-iwan ako ng ilang margin dahil ang LED ay maaaring magpainit ng lugar nang kaunti).

ANG tagahanga

Ang iminungkahing fan ng boltahe ay 5V at 180mA kasalukuyang, kung hinihimok ng lakas na ito maaari itong ilipat ang hangin sa daloy ng 12m3 / h. Napansin ko na ang pagpunta sa bilis na ito ng fan ay masyadong maingay (27dB), kaya napagpasyahan kong babaan nang kaunti ang supply ng boltahe at ang kasalukuyang supply sa fan, upang gawin ito gumamit ako ng isang risistor na 15ohm. Upang maunawaan ang halaga na kinakailangan Gumamit ako ng isang potensyomiter at nakita ko kung magkakaroon ako ng halos kalahati ng kasalukuyang, 100mA.

Kapangyarihan ng risistor = R I ^ 2 = 0.15W (Gumamit ako ng 0.5W risistor dito)

Kaya ang aktwal na huling rate ng daloy ng mga resulta ng fan ay 7.13 m3 / h.

Hakbang 5: Maghinang at Magtipon

Gumamit ako ng manipis na mga kable upang sumali sa mga LED at sama-sama at gawin ang buong circuit at soldered lahat ng bagay hangga't maaari. Maaari mong makita na ang resistors ay protektado sa loob ng pag-urong ng tubo ng init. Magkaroon ng kamalayan na kailangan mong maghinang ang anode at ang chatode ng mga LED sa tamang mga poste. Ang mga anode ay papunta sa isang dulo ng risistor at ang mga cathode ay pupunta sa GND (-5V sa aming kaso). Sa LED mayroong isang marka ng anode, hanapin ang lokasyon nito na hinahanap ito sa LED datasheet. Ang mga LED ay nakakabit sa heatsink na may thermal double-sided adhesive tape.

Gumamit talaga ako ng isang konektor sa DC (ang transparent na isa) upang madaling maalis ang buong bloke na ipinakita sa unang larawan (heatsink, LEDs at fan), subalit ang sangkap na ito ay maiiwasan.

Ang itim na 5 / 2.1 pangunahing konektor ng suplay ng kuryente ng EU DC ay nakadikit sa isang butas na manu-manong nag-drill.

Ang mga butas sa gilid na ginawa ko sa talukap ng mata upang ayusin ang takip na may mga turnilyo sa kaso ay manu-manong drill.

Ang paggawa ng lahat ng paghihinang sa maliit na puwang na iyon ay isang maliit na hamon. Sana masisiyahan ka sa pagyakap nito.

Hakbang 6: Kumpleto ang Device

Binabati kita! I-plug lamang ito at simulang linisin ang hangin.

Ang rate ng daloy ng hangin ay 7.13 m3 / h kaya ang isang silid na 3x3x3m ay dapat na linisin sa paligid ng 4h.

Kapag ang purifier ay nasa napansin ko na sa labas nito nagmumula ang isang amoy na nagpapaalala sa akin ng osono.

Inaasahan kong nagustuhan mo ang Instructable na ito at kung mas marami kang curios mayroong isang labis na seksyon tungkol sa isang eksperimentong ginawa ko.

Kung hindi mo nais na bumuo ng iyong sariling air purifier ngunit nais mong makuha ito kaagad maaari mo itong bilhin sa Etsy. Gumawa ako ng isang pares kaya huwag mag-atubiling bisitahin ang pahina.

Paalam at mag-iingat ka, Pietro

Hakbang 7: Eksperimento: ang Stinky Shoe Purification Effort

Sa sobrang seksyon na ito nais kong ipakita ang isang maliit na nakakatawang eksperimento na ginawa ko sa purifier.

Sa una inilagay ko ang isang napaka mabaho na sapatos - sinisiguro ko sa iyo na talagang mabaho ito - sa isang hermetic acrylic na silindro na may dami na 0.0063 m3. Ang dapat gumawa ng sapatos na iyon na mabahong ay malalaking mga molekula na naglalaman ng asupre at carbon at pati na rin mga bioeffluent at bacteria na nagmumula sa paa na nakasuot ng sapatos na iyon. Ang inaasahan kong makita nang buksan ko ang purifier ay ang VOC upang mabawasan at tumaas ang CO2.

Iniwan ko ang sapatos doon sa silindro ng 30min upang maabot ang "mabaho na balanse" sa loob ng lalagyan. At sa pamamagitan ng isang sensor napansin ko ang isang napakalaking pagtaas sa CO2 (+ 333%) at VOC (+ 120%).

Sa minuto 30 inilagay ko sa loob ng silindro ang air purifier at binuksan ko ito ng 5min. Napansin ko ang isang karagdagang pagtaas sa CO2 (+ 40%) at VOC (+ 38%).

Inalis ko ang mabahong sapatos at iniwan ko ang purifier na nakabukas sa loob ng 9min at CO2 at ang VOC ay pinapanatili upang tumaas nang kapansin-pansing.

Kaya ayon sa eksperimentong ito may nangyayari sa loob ng silindro na iyon. Kung ang VOC at bakterya ay nasisira sa pamamagitan ng proseso ng mineralization sinabi sa atin ng teorya na nabuo ang CO2 at H2O, kaya masasabi natin na gumagana ito dahil ipinapakita ng eksperimento na ang CO2 ay patuloy na nabubuo, ngunit bakit ang VOC ay patuloy na tumataas? Ang dahilan ay maaaring mali ang ginamit kong sensor. Ang ginamit kong sensor ay ang ipinakita sa larawan at mula sa naintindihan ko na tinatantiyang ito ng CO2 ayon sa isang porsyento ng VOC na gumagamit ng ilang panloob na mga algorithm at madaling maabot din ang saturation ng VOC. Ang algorithm, na binuo at isinama sa module ng sensor ay binigyang kahulugan ang hilaw na data, hal. halaga ng paglaban ng metal oxide semiconductor, sa katumbas na halaga ng CO2 sa pamamagitan ng paggawa ng pagsubok sa paghahambing laban sa NDIR CO2 gas sensor at Kabuuang halaga ng VOC batay sa paghahambing ng pagsubok sa instrumentong FID. Sa palagay ko hindi ako gumamit ng sopistikadong at wastong tumpak na kagamitan.

Gayunpaman naging nakakatawa upang subukang subukan ang system sa ganitong paraan.

Unang Gantimpala sa Hamon sa Paglilinis ng Spring