Titan Dioksid və UV Hava Təmizləyicisi: 7 addım (şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:44

Salam Instructable icması, Ümid edirəm ki, bu anda yaşadığımız fövqəladə vəziyyətdə hamınız yaxşısınız.

Bu gün sizə tətbiqi bir araşdırma layihəsi təqdim edirəm. Bu Təlimat kitabında sizə TiO2 (Titan Dioksid) fotokatalitik filtr və UVA LEDləri ilə işləyən bir hava təmizləyici qurmağı öyrədəcəyəm. Öz təmizləyicinizi necə edəcəyinizi söyləyəcəyəm və sizə bir təcrübə də göstərəcəyəm. Elmi ədəbiyyata görə, bu filtr pis qoxuları aradan qaldırmalı və içərisindən keçən havadakı bakteriya və virusları, o cümlədən koronavirus ailəsini öldürməlidir.

Bu araşdırma kitabında bu texnologiyanın bakteriya, göbələk və virusları öldürmək üçün necə təsirli bir şəkildə istifadə edilə biləcəyini görə bilərsiniz; əslində 2004 -cü ildə SARS Virusu üzərində Fotokatalitik Titan Apatit Filtrinin İnaktivləşdirmə Təsiri adlı bir araşdırmadan sitat gətirirlər ki, tədqiqatçılar kəskin kəskin tənəffüs sindromu viruslarının 99,99% -nin öldürüldüyünü bildirirlər.

Ciddi bir problemi həll etməyə çalışdığı üçün və çoxşaxəli olduğu üçün kimya, elektronika və mexaniki dizayn anlayışlarını bir araya gətirdiyi üçün bu layihənin xüsusilə maraqlı ola biləcəyinə inandığım kimi bölüşmək istərdim.

Addımlar:

1. TiO2 və UV işığı ilə fotokataliz

2. Təchizat

3. Hava təmizləyicisinin 3D dizaynı

4. Elektron dövrə

5. Lehimləyin və yığın

6. Cihaz tamamlandı

7. Üfunətli ayaqqabı təmizləmə səyləri

Addım 1: TiO2 və UV işığı ilə fotokataliz

Bu bölmədə reaksiyanın arxasındakı nəzəriyyəni izah edəcəyəm.

Hər şey yuxarıdakı şəkildə qrafik olaraq ümumiləşdirilmişdir. Aşağıda görüntünü izah edəcəyəm.

Əsasən, kifayət qədər enerjiyə malik olan foton, elektronun fırlandığı orbitdə TiO2 molekuluna gəlir. Foton elektronu sərt şəkildə vurur və valentlik zolağından keçiricilik zolağına tullanmağa məcbur edir, bu sıçrayış TiO2 yarımkeçiricidir və fotonun kifayət qədər enerjiyə malik olması səbəbindən mümkündür. Fotonun enerjisi dalğa uzunluğuna görə bu düstura görə təyin olunur:

E = hc/λ

burada h Plank Sabitidir, c işığın sürətidir və λ fotonun dalğa uzunluğudur, bizim vəziyyətimizdə 365nm. Bu gözəl onlayn kalkulyatordan istifadə edərək enerjini hesablaya bilərsiniz. Bizim vəziyyətimiz E = 3, 397 eV -dir.

Elektron sıçradıqdan sonra sərbəst bir elektron və bir zamanlar olduğu boş bir çuxur var:

elektron e-

çuxur h+

Və bu ikisi də öz növbəsində havanın bir hissəsi olan digər molekullar tərəfindən vurulur:

Su buxarının H2O molekulu

OH- Hidroksid

O2 oksigen molekulu

Bir neçə redoks reaksiyası baş verir (onlar haqqında bu videodan daha çox məlumat əldə edin).

Oksidləşmə:

Su buxarı və bir çuxur hidroksil radikal və hidratlı hidrogen ionu verir: H2O + h + → *OH + H + (aq)

Hidroksid və bir çuxur hidroksil radikalını verir: OH- + h + → *OH

Azaldılması:

oksigen molekulu və bir elektron superoksid anion verir: O2 + e- → O2-

Yaranan bu iki yeni şey (hidroksil radikal və superoksid anyon) sərbəst radikallardır. Sərbəst radikal, tək bir eşlənməmiş elektronu olan bir atom, molekul və ya ionlardır, bu çox gülməli Crush Course videosunda deyildiyi kimi çılğın qeyri -sabitdir.

Sərbəst radikallar kimyada baş verən bir çox zəncirvari reaksiyanın əsas məsuldur, məsələn, monomerlərin bir -birinə birləşərək bir polimer meydana gətirməsi və ya başqa sözlə plastik dediyimiz şeyi meydana gətirmək üçün meydana gələn polimerləşmə (amma bu başqa bir hekayədir)).

O2- böyük pis qoxu molekullarını və bakteriyaları vurur və karbon bağlarını qıraraq CO2 (karbon qazı) əmələ gətirir.

*OH böyük pis qoxu molekullarına və bakteriyalara vurur və H2O (su buxarı) əmələ gətirən hidrogen bağlarını qırır.

Sərbəst radikalın karbon birləşmələrinə və ya orqanizmlərə birləşməsinə minerallaşma deyilir və qətlin baş verdiyi yer budur.

Əlavə məlumat üçün girişdə qeyd etdiyim elmi işlərin PDF -ni əlavə etdim.

Addım 2: Təchizat

Bu layihəni həyata keçirmək üçün sizə lazım olacaq:

- 3D çap qutusu

- 3D çaplı qapaq

- 2 mm qalınlığında anodlaşdırılmış alüminium lazerlə kəsilmiş

- ipək ekran (isteğe bağlı, nəticədə istifadə etmədim)

- 5 ədəd yüksək güclü UV LED 365nm

- 3535 ayaq izi olan PCB ulduzları və ya artıq ulduza quraşdırılmış LED -lər

- termal iki tərəfli yapışan bant

- TiO2 Photocatalyst Filtri

- Enerji təchizatı 20W 5V

- AB konnektoru 5/2.1mm

- Fan 40x10 mm

- termal qışqırıq borular

- havşa başı M3 boltlar və qoz -fındıq

- 5 1W 5ohm rezistor

- 1 0.5W 15ohm rezistor

- kiçik tellər

Bəzi şeylər almaq üçün bağlantılar əlavə etdim, amma satıcılarla heç bir ortaq proqram işləmirəm. Bağlantıları yalnız ona görə qoyuram ki, kimsə hava təmizləyicisini bu şəkildə təkrarlamaq istəsə, təchizat və xərclər haqqında fikir sahibi ola bilər.

Addım 3: Hava Təmizləyicisinin 3D Dizaynı

Bütün montaj faylını.x_b formatında tapa bilərsiniz.

Kassanı 3D çap üçün optimallaşdırmalı olduğumu görə bilərsiniz. Divarları daha qalın etdim və bucağı təməllə hamarlaşdırmamağa qərar verdim.

Soyuducu lazerlə kəsilir və öğütülür. 2 mm anodlaşdırılmış alüminiumda (QIRMIZI ZONA) daha yaxşı əyilməyə imkan verən 1 mm endirmə var. Bükülmə kəlbətin və mişarla əllə aparılır.

Bir dostum, işin ön tərəfindəki nümunənin Leeloonun Beşinci Element filmində çəkdiyi döyməyə bənzədiyini diqqətə çatdırdı. Gülməli təsadüf!

Addım 4: Elektron Dövrə

Elektron dövrə çox asandır. 5V sabit bir gərginlik enerji təchizatı var və paralel olaraq 5 LED və bir fan yerləşdirəcəyik. Bir dəstə rezistor vasitəsilə və bəzi riyazi hesablamalarla LEDlərə və fana nə qədər cərəyan verəcəyimizə qərar veririk.

LED -lər

LED məlumat cədvəlinə baxanda onları maksimum 500mA -ya qədər idarə edə biləcəyimizi görürük, amma onları yarım gücdə (50250mA) idarə etmək qərarına gəldim. Səbəb, əsasən alüminium lövhə olan kiçik bir soyuducumuzun olmasıdır. LED -i 250 mA -da idarə etsək, LED -in irəli gərginliyi 3.72 V -dir. Dövrənin bu budağına qoymağa qərar verdiyimiz müqavimətə görə cərəyanı əldə edirik.

5V - 3.72V = 1.28V, rezistordakı gərginlik potensialıdır

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

5ohm müqavimətinin ticarət dəyərindən istifadə edəcəyəm

Rezistorun gücü = R I^2 = 0.31W (əslində 1W rezistorlardan istifadə etdim, LED bir qədər ərazini qızdıra biləcəyi üçün bir az kənar buraxdım).

FAN

Fanın təklif etdiyi gərginlik 5V və 180mA cərəyandır, əgər bu güclə idarə olunarsa, hava 12m3/saat axın sürətində hərəkət edə bilər. Fanın bu sürətlə getməsinin çox səs -küylü olduğunu (27dB) gördüm, buna görə fan üçün gərginlik və cərəyan mənbəyini bir qədər aşağı salmağa qərar verdim, bunun üçün 15ohm rezistor istifadə etdim. Lazım olan dəyəri başa düşmək üçün potansiyometrdən istifadə etdim və cərəyanın təxminən yarısının 100mA olacağını gördüm.

Rezistorun gücü = R I^2 = 0.15W (burada 0.5W rezistor istifadə etdim)

Belə ki, fanın faktiki son axın sürəti 7,13 m3/saatdır.

Addım 5: Lehimləyin və yığın

LEDləri bir araya gətirmək və bütün dövrə etmək üçün nazik kabellərdən istifadə etdim və hər şeyi mümkün qədər təşkil etdim. Rezistorların istilik büzücü boruların içərisində qorunduğunu görə bilərsiniz. Anodu və LED -lərin chatodunu doğru dirəklərə lehimləməli olduğunuzu unutmayın. Anodlar bir rezistor ucuna gedir və katodlar GND-ə gedir (bizim vəziyyətimizdə -5V). LED -də bir anod işarəsi var, yerini LED məlumat cədvəlində axtararaq tapın. LEDlər soyuducuya termal iki tərəfli yapışan bantla yapışdırılır.

İlk şəkildə göstərilən bütün bloku (soyuducu, LED və fan) asanlıqla çıxarmaq üçün bir DC konnektoru (şəffaf) istifadə etdim, lakin bu elementdən qaçınmaq olar.

Qara 5/2.1 EU DC əsas enerji təchizatı konnektoru əllə qazdığım bir çuxura yapışdırılmışdır.

Qapağı vintlər ilə korpusa bağlamaq üçün qapaqda düzəltdiyim yan deliklər də əllə qazılmışdır.

Kiçik bir məkanda bütün lehimləri düzəltmək bir az çətin idi. Ümid edirəm qucaqlamaqdan zövq alacaqsınız.

Addım 6: Cihaz Tamamlandı

Təbrik edirik! Yalnız onu bağlayın və havanı təmizləməyə başlayın.

Hava axını sürəti 7,13 m3/saatdır, buna görə 3x3x3m ölçülü bir otaq təxminən 4 saat ərzində təmizlənməlidir.

Təmizləyici işə salındıqda oradan ozonu xatırladan bir qoxunun gəldiyini gördüm.

Ümid edirəm bu Təlimatlandırmanı bəyənmisiniz və daha çox maraqlanırsınızsa, etdiyim bir təcrübə haqqında əlavə bir bölmə var.

Öz hava təmizləyicinizi qurmaq istəmirsinizsə, ancaq dərhal əldə etmək istəyirsinizsə, onu Etsy -dən satın ala bilərsiniz. Səhifəni ziyarət etməkdən çəkinməyən bir cüt etdim.

Sağol və diqqət et

Pietro

Addım 7: Təcrübə: Ayaqqabıların Üfunətli Təmizlənməsi

Bu əlavə hissədə təmizləyici ilə etdiyim bir az gülməli təcrübəni göstərmək istərdim.

Əvvəlcə çox üfunətli bir ayaqqabı qoydum - əminəm ki, çox pis qoxuyur - 0,0063 m3 həcmli hermetik akril silindrdə. Bu kokulu ayaqqabını kükürd və karbon ehtiva edən böyük molekullar, eyni zamanda bu ayaqqabını geyən ayaqdan gələn bioaktivlər və bakteriyalar nə etməlidir? Təmizləyicini işə salanda görməyi gözlədiyim şey VOC -un azaldılması və CO2 -nin artması idi.

Konteynerin içindəki "üfunət balansına" çatmaq üçün ayaqqabını silindrdə 30 dəqiqə saxladım. Bir sensor vasitəsilə CO2 (+333%) və VOC (+120%) kütləvi bir artım gördüm.

30 -cu dəqiqədə hava təmizləyicisini silindrin içinə qoydum və 5 dəqiqə yandırdım. CO2 (+40%) və VOC (+38%) daha da artdığını gördüm.

Üfunətli ayaqqabını çıxartdım və təmizləyicini 9 dəqiqə açıq saxladım və CO2 və VOC kəskin şəkildə artmağa davam etdi.

Bu təcrübəyə görə, bu silindrdə bir şey baş verirdi. VOC və bakteriyalar minerallaşma prosesi ilə məhv edilirsə, nəzəriyyə bizə CO2 və H2O -nun əmələ gəldiyini söyləyir, buna görə də təcrübə göstərir ki, CO2 formalaşmağa davam edir, amma niyə VOC da artmağa davam edir? Səbəb səhv sensor istifadə etməyim ola bilər. İstifadə etdiyim sensor şəkildə göstərilmişdir və başa düşdüklərimə görə bəzi daxili alqoritmlərdən istifadə edərək CO2 -ni VOC faizinə görə qiymətləndirir və asanlıqla VOC doyma səviyyəsinə çatır. Hazırlanan və sensor moduluna inteqrasiya olunan alqoritm, xam məlumatları şərh edir, məsələn. metal oksid yarıkeçirici müqavimət dəyəri, CO2 ekvivalent dəyərində NDIR CO2 qaz sensoru ilə müqayisə testi və FID aləti ilə müqayisə testinə əsaslanan Total VOC dəyəri. Düşünürəm ki, kifayət qədər inkişaf etmiş və dəqiq avadanlıqlardan istifadə etməmişəm.

Hər halda sistemi bu şəkildə sınamaq gülməli oldu.

Bahar Təmizlik Çağırışında Birinci Mükafat