Titaandioksied en UV -lugreiniger: 7 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Hallo gemeenskap van Instructable, Ek hoop dit gaan goed met u in die noodgevalle waarin ons tans verkeer.

Vandag bring ek 'n toegepaste navorsingsprojek vir u. In hierdie instruksies leer ek u hoe u 'n lugreiniger kan bou met 'n TiO2 (Titanium Dioxide) fotokatalyk filter en UVA LED's. Ek sal jou vertel hoe om jou eie suiweraar te maak, en ek sal jou ook 'n eksperiment wys. Volgens wetenskaplike literatuur moet hierdie filter slegte reuke verwyder en bakterieë en virusse in die lug wat daardeur vloei, insluitend die koronavirusfamilie, doodmaak.

In hierdie navorsingsartikel kan u sien hoe hierdie tegnologie effektief gebruik kan word om bakterieë, swamme en virusse dood te maak; hulle noem eintlik 'n navorsing uit 2004 met die titel The Inactivation Effect of Photocatalytic Titanium Apatite Filter on SARS Virus, waarin die navorsers verklaar dat 99,99% van ernstige akute respiratoriese sindroomvirusse gedood is.

Ek wil hierdie projek deel, aangesien ek glo dat dit 'n besonder interessante projek kan wees omdat dit 'n ernstige probleem probeer oplos en omdat dit multidissiplinêr is: dit bevat 'n idee van chemie, elektronika en meganiese ontwerp.

Die stappe:

1. Fotokatalise met TiO2 en UV -lig

2. Voorrade

3. 3D Ontwerp van die lugreiniger

4. Elektroniese stroombaan

5. Soldeer en monteer

6. Die toestel is voltooi

7. Die stinkende skoensuiweringspoging

Stap 1: Fotokatalise met TiO2 en UV -lig

In hierdie afdeling sal ek die teorie agter die reaksie verduidelik.

Alles word grafies in die prent hierbo opgesom. Hieronder sal ek die prent verduidelik.

Eintlik kom die foton met genoeg energie in die molekule van TiO2 in die baan waar 'n elektron draai. Die foton tref die elektron hard en laat dit wegspring van die valenseband na die geleidingsband, hierdie sprong is moontlik omdat TiO2 'n halfgeleier is en omdat die foton genoeg energie het. Die energie van die foton word bepaal deur sy golflengte volgens hierdie formule:

E = hc/λ

waar h die Plankkonstante is, c die ligspoed is en λ die golflengte van die foton is, wat in ons geval 365 nm is. U kan die energie bereken met hierdie lekker aanlyn sakrekenaar. In ons geval is dit E = 3, 397 eV.

Sodra die elektron wegspring, is daar 'n vry elektron en 'n vry gat waar dit eens was:

elektron e-

gat h+

En hierdie twee word op hul beurt getref deur 'n paar ander molekules, wat dele van die lug is:

H2O molekule waterdamp

OH- Hidroksied

O2 suurstofmolekule

'N Paar redoksreaksies vind plaas (lees meer hieroor in hierdie video).

Oksidasie:

Waterdamp plus 'n gat gee hidroksielradikale plus gehidreerde waterstofioon: H2O + h + → *OH + H + (aq)

Hidroksied plus 'n gat gee hidroksielradikale: OH- + h + → *OH

Vermindering:

suurstofmolekule plus 'n elektron gee superoksied anion: O2 + e- → O2-

Hierdie twee nuwe dinge wat gevorm word (hidroksielradikale en superoksiedanioon) is vrye radikale. 'N Vrye radikale is 'n atoom, molekule of ione met 'n enkele ongepaarde elektron, dit is 'n mal onstabiliteit soos in hierdie baie snaakse Crush Course -video gesê.

Vrye radikale is die hoofverantwoordelik vir baie kettingreaksies wat in chemie plaasvind, byvoorbeeld polimerisasie, wat gebeur wanneer monomere mekaar verbind om 'n polimeer te vorm, of met ander woorde om te maak wat ons in die breër plastiek noem (maar dit is 'n ander storie).

O2- tref groot slegte reukmolekules en bakterieë en breek hul koolstofbindings en vorm CO2 (koolstofdioksied)

*OH tref groot reukmolekules en bakterieë en breek hul waterstofbindings en vorm H2O (waterdamp)

Die vereniging van die vrye radikale met koolstofverbindings of organismes word mineralisasie genoem, en dit is presies waar die moord plaasvind.

Vir meer inligting het ek die PDF van die wetenskaplike artikels wat ek in die inleiding aangehaal het, aangeheg.

Stap 2: Voorrade

Om hierdie projek te maak, benodig u:

- 3D -gedrukte tas

- 3D -gedrukte deksel

- laser gesnyde geanodiseerde aluminium 2 mm dik

- syskerm (opsioneel, uiteindelik het ek dit nie gebruik nie)

- 5 stukke hoë krag UV LED 365nm

- PCB -sterre met 3535 voetafdruk of LED's wat reeds op 'n ster gemonteer is

- termiese dubbelzijdige kleeflint

- TiO2 fotokatalisator filter

- Kragtoevoer 20W 5V

- EU -aansluiting 5/2.1mm

- Waaier 40x10mm

- termiese gilbuise

- M3 boute en moere met versinkte kop

- 5 1W 5ohm weerstande

- 1 0.5W 15ohm weerstand

- klein drade

Ek het die skakels vir die aankoop van dinge bygevoeg, maar ek gebruik geen aangeslote program by die verkopers nie. Ek plaas die skakels net omdat iemand die lugreiniger op hierdie manier wil herhaal, 'n idee het van die voorrade en koste.

Stap 3: 3D -ontwerp van die lugreiniger

U kan die hele samestellêer in formaat.x_b vind in die bereik.

U sal miskien agterkom dat ek die tas moes optimaliseer vir 3D -druk. Ek het die mure dikker gemaak en ek het besluit om nie die hoek aan die onderkant glad te maak nie.

Die heatsink is laser gesny en gemaal. Daar is 'n 1 mm -verlaging op die 2 mm geanodiseerde aluminium (ROOIZONE) wat beter buiging moontlik maak. Die buiging is met die hand gedoen met 'n tang en 'n tang.

'N Vriend van my het my laat sien dat die patroon aan die voorkant van die tas soortgelyk is aan die tatoeëring wat Leeloo dra in die film The Fifth Element. Snaakse toeval!

Stap 4: Elektroniese stroombaan

Die elektroniese stroombaan is baie maklik. Ons het 'n konstante spanning kragtoevoer van 5V en parallel gaan ons 5 LED's en 'n waaier plaas. Deur 'n klomp weerstande en met 'n paar wiskundige berekeninge besluit ons hoeveel stroom ons in die LED's en in die waaier sal voer.

DIE LED's

As ons na die LED -datablad kyk, sien ons dat ons dit tot 'n maksimum van 500mA kan dryf, maar ek het besluit om dit met 'n halfkrag (50250mA) te bestuur. Die rede hiervoor is dat ons 'n klein heatsink het, wat basies die aluminiumplaat is waarop hulle vasgemaak is. As ons die LED op 250mA dryf, is die voorspanning van die LED 3,72V. Volgens die weerstand wat ons besluit om die vertakking van die stroombaan te plaas, verkry ons die stroom.

5V - 3.72V = 1.28V is die spanningspotensiaal wat ons op die weerstand het

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

Ek sal die kommersiële waarde van weerstand van 5ohm gebruik

Krag van die weerstand = R I^2 = 0.31W (ek het eintlik 1W -weerstande gebruik, ek het 'n bietjie kantlyn gelaat omdat die LED die gebied nogal kan verhit).

DIE FAN

Die voorgestelde spanning van die waaier is 5V en 180mA stroom; as dit met hierdie krag aangedryf word, kan dit lug teen 'n vloeitempo van 12m3/h beweeg. Ek het opgemerk dat die waaier teen hierdie spoed te raserig was (27dB), en ek het besluit om die spanningstoevoer en die stroomtoevoer na die waaier 'n bietjie te verlaag. Om dit te kan doen, gebruik ek 'n weerstand van 15ohm. Om die nodige waarde te verstaan, gebruik ek 'n potensiometer en ek sien toe ek ongeveer die helfte van die stroom, 100mA, sal hê.

Weerstandskrag = R I^2 = 0,15W (ek het hier 'n weerstand van 0,5W gebruik)

Die werklike finale vloeitempo van die waaier lewer dus 7,13 m3/h.

Stap 5: Soldeer en monteer

Ek het dun kabels gebruik om die LED's bymekaar te maak en die hele kring te maak en alles so solide moontlik te soldeer. U kan sien dat die weerstande binne die krimpbuis beskerm word. Let daarop dat u die anode en die chatode van LED's aan die regte pole moet soldeer. Die anodes gaan na een weerstandseinde en die katodes gaan na GND (-5V in ons geval). Op die LED is daar 'n anodemerk, vind die ligging daarvan in die LED -datablad. LED's word met 'n termiese dubbelzijdige kleeflint aan die koeler vasgemaak.

Ek het eintlik 'n DC -aansluiting (die deursigtige) gebruik om die hele blok wat op die eerste foto getoon is, maklik te verwyder (heatsink, LED's en waaier), maar hierdie element kan vermy word.

Die swart 5/2.1 EU DC -hoofaansluiting is vasgeplak in 'n gat wat ek met die hand geboor het.

Die sygate wat ek in die deksel gemaak het om die deksel met skroewe aan die kas vas te maak, is ook met die hand geboor.

Al die soldeerwerk in die klein ruimte was 'n klein uitdaging. Ek hoop jy sal dit geniet om dit te omhels.

Stap 6: Die toestel is voltooi

Baie geluk! Sluit dit net aan en begin met die suiwering van lug.

Die lugvloeitempo is 7,13 m3/h, dus 'n kamer van 3x3x3m moet ongeveer 4 uur gesuiwer word.

Toe die reiniger aan is, het ek opgemerk dat daar 'n reuk uit kom wat my aan osoon herinner.

Ek hoop dat u van hierdie Instructable gehou het, en as u nog meer nuuskieriges het, is daar 'n ekstra afdeling oor 'n eksperiment wat ek gemaak het.

As u nie bereid is om u eie lugreiniger te bou nie, maar u wil dit dadelik kry, kan u dit op Etsy koop. Ek het 'n paar gemaak, so besoek die blad.

Tot siens en pas op, Pietro

Stap 7: Eksperimenteer: die stinkende skoensuiweringspoging

In hierdie ekstra afdeling wil ek 'n bietjie snaakse eksperiment wys wat ek met die suiweraar gedoen het.

Aanvanklik het ek 'n baie stink skoen gesit - ek kan u verseker dat dit regtig stink het - in 'n hermetiese akriel silinder met 'n volume van 0,0063 m3. Wat moet die skoen wat stink, groot molekules bevat wat swael en koolstof bevat, en ook bio -afvalwater en bakterieë wat uit die voet kom wat die skoen gedra het? Wat ek verwag het om te sien toe ek die suiweraar aanskakel, was die VOC om te verminder en CO2 te verhoog.

Ek het die skoen 30 minute daar in die silinder gelos om die 'stinkbalans' in die houer te bereik. En deur 'n sensor het ek 'n massiewe toename in CO2 (+333%) en VOC (+120%) opgemerk.

Op minuut 30 plaas ek die lugreiniger in die silinder en skakel dit vir 5 minute aan. Ek het 'n verdere toename in CO2 (+40%) en VOC (+38%) opgemerk.

Ek verwyder die stinkende skoen en laat die suiweraar vir 9 minute aan, en CO2 en VOC neem steeds toe.

Volgens hierdie eksperiment het iets in die silinder gebeur. As VOC en bakterieë deur die mineraliseringsproses vernietig word, vertel die teorie dat CO2 en H2O gevorm word, so 'n mens kan sê dat dit werk omdat die eksperiment toon dat CO2 steeds vorm, maar waarom styg VOC steeds? Die rede kan wees dat ek die verkeerde sensor gebruik het. Die sensor wat ek gebruik het, is die in die prentjie, en volgens wat ek verstaan het, skat dit CO2 volgens 'n persentasie VOC met behulp van 'n paar interne algoritmes en bereik dit ook maklik VOC -versadiging. Die algoritme, wat ontwikkel en geïntegreer is in die sensormodule, interpreteer die rou data, bv. metaaloksied halfgeleier weerstandswaarde, in CO2 ekwivalente waarde deur die vergelykingstoets te doen teen NDIR CO2 gassensor en totale VOC waarde gebaseer op die vergelykingstoets met instrument FID. Ek dink ek het nie toerusting gesofistikeerd en akkuraat genoeg gebruik nie.

Dit was in elk geval snaaks om die stelsel op hierdie manier te probeer toets.

Eerste prys in die lente -skoonmaakuitdaging