Titán -dioxid és UV légtisztító: 7 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Kedves Instructable közösség!

Remélem, mindannyian jól vagytok abban a vészhelyzetben, amelyben ebben a pillanatban élünk.

Ma egy alkalmazott kutatási projektet mutatok be nektek. Ebben az utasításban megtanítom, hogyan kell légtisztítót építeni TiO2 (titán -dioxid) fotokatalitikus szűrővel és UVA LED -ekkel. Elmondom, hogyan kell saját tisztítót készíteni, és egy kísérletet is megmutatok. A tudományos szakirodalom szerint ennek a szűrőnek el kell távolítania a kellemetlen szagokat, és el kell pusztítania a baktériumokat és vírusokat a levegőben, amely áthalad rajta, beleértve a koronavírus családot is.

Ebben a kutatási cikkben láthatja, hogy ez a technológia hogyan használható hatékonyan a baktériumok, gombák és vírusok elpusztítására; valójában egy 2004 -es kutatást idéznek A fotokatalitikus titán -apatit szűrő inaktivációs hatása a SARS -vírusra címmel, amelyben a kutatók azt állítják, hogy a súlyos akut légúti szindróma vírusainak 99,99% -a elpusztult.

Szeretném megosztani ezt a projektet, mivel úgy gondolom, hogy ez különösen érdekes lehet, mert komoly problémát próbál megoldani, és multidiszciplináris: a kémia, az elektronika és a mechanikai tervezés fogalmát egyesíti.

A lépések:

1. Fotokatalízis TiO2 és UV fénnyel

2. Kellékek

3. A légtisztító 3D tervezése

4. Elektronikus áramkör

5. Forrasztás és összeszerelés

6. A készülék kész

7. A büdös cipőtisztítási erőfeszítés

1. lépés: Fotokatalízis TiO2 -val és UV -fénnyel

Ebben a részben elmagyarázom a reakció mögött álló elméletet.

Mindent grafikusan foglal össze a fenti kép. Az alábbiakban elmagyarázom a képet.

Alapvetően a foton elegendő energiával érkezik a TiO2 molekulájába azon a pályán, ahol egy elektron forog. A foton keményen ütközik az elektronhoz, és elugrik a vegyértéksávból a vezetési sávba, ez azért lehetséges, mert a TiO2 félvezető, és mivel a fotonnak elegendő energiája van. A foton energiáját a hullámhossza határozza meg a következő képlet szerint:

E = hc/λ

ahol h a Plank konstans, c a fény sebessége és λ a foton hullámhossza, ami esetünkben 365 nm. Ezzel a szép online számológéppel kiszámíthatja az energiát. Esetünkben ez E = 3, 397 eV.

Miután az elektron elugrik, van egy szabad elektron és egy szabad lyuk, ahol egykor volt:

elektron e-

lyuk h+

És ezt a kettőt viszont eltalálja néhány más molekula, amelyek a levegő részei, amelyek:

H2O vízgőz molekula

OH- hidroxid

O2 oxigénmolekula

Néhány redox -reakció előfordul (erről bővebben ebben a videóban).

Oxidáció:

A vízgőz és egy lyuk hidroxilgyököt és hidratált hidrogéniont ad: H2O + h + → *OH + H + (aq)

A hidroxid és egy lyuk hidroxilgyököt eredményez: OH- + h + → *OH

Csökkentés:

oxigénmolekula és egy elektron szuperoxid-aniont ad: O2 + e- → O2-

Ez a két új dolog (hidroxilgyök és szuperoxid anion) szabad gyökök. A szabad gyök egy atom, molekula vagy ion egyetlen párosítatlan elektronnal, ez őrülten instabil, ahogy ebben a nagyon vicces Crush Course videóban is szerepel.

A szabad gyökök a fő felelősek számos kémiai láncreakcióért, például a polimerizációért, amely akkor következik be, amikor a monomerek egymáshoz csatlakoznak, hogy polimert képezzenek, vagy más szóval, hogy plasztikussá tegyük (de ez egy másik történet)).

Az O2 eléri a nagy, rossz szagú molekulákat és baktériumokat, és megtöri szén-dioxid kötésüket, és CO2-t (szén-dioxidot) képez

*Az OH eléri a nagy rossz szagú molekulákat és baktériumokat, és megszakítja hidrogénkötésüket, és H2O -t (vízgőzt) képez

A szabad gyökök szénvegyületekkel vagy szervezetekkel való egyesülését mineralizációnak nevezik, és pontosan itt történik az elpusztítás.

További információért csatoltam a bevezetőben idézett tudományos cikkek PDF -jét.

2. lépés: Kellékek

A projekt elkészítéséhez szüksége lesz:

- 3D nyomtatott tok

- 3D nyomtatott fedél

- 2 mm vastag, lézerrel vágott eloxált alumínium

- selyemszita (opcionális, végül nem használtam)

- 5 db nagy teljesítményű, 365 nm -es UV LED

- NYÁK -csillagok 3535 lábnyomdal vagy LED -ek, amelyek már egy csillagra vannak felszerelve

- kétoldalas termikus ragasztószalag

- TiO2 fotokatalizátor szűrő

- Tápegység 20W 5V

- EU csatlakozó 5/2,1 mm

- Ventilátor 40x10 mm

- termikus sikítócsövek

- süllyesztett fejű M3 csavarok és anyák

- 5 db 1W 5ohm ellenállás

- 1 0,5W 15ohm ellenállás

- kis vezetékek

Hozzáadtam a linkeket bizonyos dolgok beszerzéséhez, de nem futtatok semmilyen partnerprogramot az eladókkal. A linkeket csak azért tettem fel, mert ha valaki ily módon szeretné megismételni a légtisztítót, akkor elképzelései lehetnek a készletekről és a költségekről.

3. lépés: A légtisztító 3D tervezése

A teljes összeállítási fájlt.x_b formátumban találja meg az elérhetőségben.

Észreveheti, hogy optimalizálnom kellett a tokot a 3D nyomtatáshoz. Vastagabbá tettem a falakat, és úgy döntöttem, nem simítom el a szöget az alapnál.

A hűtőbordát lézerrel vágják és őrlik. A 2 mm -es eloxált alumíniumon (RED ZONE) 1 mm -es süllyesztés található, amely lehetővé teszi a jobb hajlítást. A hajlítást kézzel fogóval és satuval végezték.

Egy barátom észrevette, hogy a tok elején található minta hasonló ahhoz a tetováláshoz, amelyet Leeloo visel az Ötödik elem című filmben. Vicces véletlen!

4. lépés: Elektronikus áramkör

Az elektronikus áramkör nagyon egyszerű. Van egy állandó feszültségű 5 V -os tápegységünk, és ezzel párhuzamosan 5 LED -et és egy ventilátort helyezünk el. Egy csomó ellenálláson és néhány matematikai számításon keresztül eldöntjük, hogy mennyi áramot táplálunk a LED -ekbe és a ventilátorba.

A LED -ek

A LED adatlapját nézve azt látjuk, hogy akár 500 mA -ig is meghajthatjuk őket, de úgy döntöttem, hogy fél teljesítménnyel (~ 250 mA) hajtom őket. Ennek az az oka, hogy van egy kis hűtőbordánk, ami alapvetően az alumínium lemez, amelyhez rögzítik őket. Ha a LED -et 250mA -ra hajtjuk, a LED előremenő feszültsége 3,72V. Az ellenállás szerint, amelyet úgy döntünk, hogy az áramkör ezen ágára helyezzük, megkapjuk az áramot.

5V - 3,72V = 1,28V az ellenállás feszültségpotenciálja

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

Az 5ohmos ellenállás kereskedelmi értékét fogom használni

Az ellenállás teljesítménye = R I^2 = 0.31W (Valójában 1 W -os ellenállásokat használtam, hagytam némi mozgásteret, mert a LED eléggé felmelegítheti a területet).

A RAJONGÓ

A ventilátor javasolt feszültsége 5V és 180mA áram, ha ezzel az energiával hajtják, 12m3/h áramlási sebességgel mozgathatja a levegőt. Észrevettem, hogy ezzel a sebességgel a ventilátor túl zajos (27dB), ezért úgy döntöttem, hogy kicsit lecsökkentem a feszültséget és a ventilátor áramellátását, ehhez 15ohmos ellenállást használtam. A szükséges érték megértéséhez potenciométert használtam, és láttam, hogy mikor lesz a jelenlegi áram fele, 100 mA.

Az ellenállás teljesítménye = R I^2 = 0,15 W (0,5 W -os ellenállást használtam itt)

Tehát a ventilátor tényleges végső áramlási sebessége 7,13 m3/h.

5. lépés: Forrasztás és összeszerelés

Vékony kábeleket használtam a LED -ek összekapcsolásához, az egész áramkör elkészítéséhez, és mindent a lehető legjobban összeforrasztottam. Látható, hogy az ellenállások védettek a zsugorcsövek belsejében. Ne feledje, hogy a LED -ek anódját és chatodáját a megfelelő pólusokra kell forrasztania. Az anódok az egyik ellenállás végére mennek, a katódok pedig a GND-re (esetünkben -5V). A LED -en van egy anódjel, keresse meg annak helyét a LED adatlapján. A LED-ek kétoldalú ragasztószalaggal vannak rögzítve a hűtőbordához.

Valójában egyenáramú csatlakozót (átlátszó) használtam az első képen látható teljes blokk (hűtőborda, LED -ek és ventilátor) könnyű eltávolításához, de ez az elem elkerülhető.

A fekete 5/2,1 EU egyenáramú tápegység csatlakozóját egy lyukba ragasztották, amelyet manuálisan fúrtam.

Az oldalsó lyukakat, amelyeket a fedélben készítettem, hogy a fedelet csavarokkal rögzítsem a tokhoz, kézzel is fúrták.

Az összes forrasztás ezen a kis helyen kis kihívás volt. Remélem, élvezni fogja az ölelést.

6. lépés: A készülék kész

Gratulálunk! Csak csatlakoztassa és csatlakoztassa a levegőt.

A levegő áramlási sebessége 7,13 m3/h, így egy 3x3x3 m méretű helyiséget körülbelül 4 óra alatt kell megtisztítani.

Amikor a tisztító be van kapcsolva, észrevettem, hogy az illata az ózonra emlékeztet.

Remélem, tetszett ez az Instructable, és ha még kíváncsibb vagy, akkor van egy további rész az általam végzett kísérletről.

Ha nem hajlandó saját légtisztítót építeni, de azonnal szeretné beszerezni, megvásárolhatja az Etsy -n. Készítettem párat, ezért bátran látogasson el az oldalra.

Szia és vigyázz magadra, Pietro

7. lépés: Kísérlet: a büdös cipőtisztítási erőfeszítés

Ebben az extra részben egy kis vicces kísérletet szeretnék bemutatni, amelyet a tisztítóval végeztem.

Kezdetben egy nagyon büdös cipőt tettem - biztosíthatom, hogy nagyon rossz az illata - egy 0,0063 m3 térfogatú hermetikus akrilhengerbe. Mitől lesz olyan büdös a cipő, hogy nagy molekulák, amelyek kén- és széntartalmat, valamint bio -szennyezőanyagokat és baktériumokat tartalmaznak a cipőt viselő lábból. Amire számítottam, amikor bekapcsolom a tisztítót, az a VOC csökkentése és a CO2 növelése.

A cipőt ott hagytam a hengerben 30 percig, hogy elérjem a "büdös egyensúlyt" a tartályban. És egy érzékelőn keresztül észrevettem a CO2 (+333%) és a VOC (+120%) hatalmas növekedését.

A 30. percben a henger belsejébe helyeztem a légtisztítót, és 5 percre bekapcsoltam. Észrevettem a CO2 (+40%) és a VOC (+38%) további növekedését.

Eltávolítottam a büdös cipőt, és 9 percig bekapcsolva hagytam a tisztítót, és a CO2 és a VOC folyamatosan drámaian növekedett.

Tehát a kísérlet szerint valami történt a hengerben. Ha a VOC és a baktériumok megsemmisülnek az ásványosítási folyamat során, akkor az elmélet azt mondja, hogy CO2 és H2O képződik, tehát azt mondhatjuk, hogy működik, mert a kísérlet azt mutatja, hogy a CO2 folyamatosan képződik, de miért is növekedett a VOC? Ennek oka az lehet, hogy rossz érzékelőt használtam. Az általam használt érzékelő a képen látható, és ahogy én megértettem, a belső szén -dioxidot a VOC százalékának megfelelően becsüli néhány belső algoritmus használatával, és könnyen eléri a VOC -telítettséget. Az algoritmus, amelyet kifejlesztettek és integráltak az érzékelő modulba, értelmezte a nyers adatokat, pl. fém -oxid félvezető ellenállási érték, CO2 -ekvivalens értékben az NDIR CO2 gázérzékelővel végzett összehasonlító teszt elvégzésével és a teljes VOC -érték az FID műszerrel végzett összehasonlító teszt alapján. Azt hiszem, nem használtam elég kifinomult és pontos felszerelést.

Egyébként vicces volt így kipróbálni a rendszert.

Első díj a Tavaszi Takarítás Kihívásban