टाइटेनियम डाइऑक्साइड और यूवी वायु शोधक: 7 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:19

इंस्ट्रक्शनल का हैलो कम्युनिटी, मुझे आशा है कि आप सभी उस आपातकालीन परिस्थितियों में ठीक हैं, जो हम इस क्षण में जी रहे हैं।

आज मैं आपके लिए एक अनुप्रयुक्त शोध परियोजना ला रहा हूं। इस निर्देशयोग्य में मैं आपको सिखाऊंगा कि TiO2 (टाइटेनियम डाइऑक्साइड) फोटोकैटलिक फिल्टर और यूवीए एलईडी के साथ काम करने वाला वायु शोधक कैसे बनाया जाता है। मैं आपको बताऊंगा कि अपना खुद का प्यूरीफायर कैसे बनाया जाता है और मैं आपको एक प्रयोग भी दिखाऊंगा। वैज्ञानिक साहित्य के अनुसार, इस फिल्टर को खराब गंध को दूर करना चाहिए और हवा में बैक्टीरिया और वायरस को मारना चाहिए, जिसमें कोरोनावायरस परिवार भी शामिल है।

इस शोध पत्र में आप देख सकते हैं कि कैसे बैक्टीरिया, कवक और वायरस को मारने के लिए इस तकनीक का प्रभावी ढंग से उपयोग किया जा सकता है; वे वास्तव में सार्स वायरस पर फोटोकैटलिटिक टाइटेनियम एपेटाइट फ़िल्टर के निष्क्रियता प्रभाव नामक 2004 के एक शोध को उद्धृत करते हैं, जिसमें शोधकर्ताओं का कहना है कि 99.99% गंभीर तीव्र श्वसन सिंड्रोम वायरस मारे गए थे।

मैं इस परियोजना को साझा करना चाहता हूं क्योंकि मेरा मानना है कि यह विशेष रूप से दिलचस्प हो सकता है क्योंकि यह एक गंभीर समस्या को हल करने की कोशिश करता है और क्योंकि इसकी बहुआयामी: यह रसायन शास्त्र, इलेक्ट्रॉनिक्स और यांत्रिक डिजाइन की धारणा को एक साथ लाती है।

कदम:

1. TiO2 और यूवी प्रकाश के साथ फोटोकैटलिसिस

2. आपूर्ति

3. वायु शोधक का 3डी डिजाइन

4. इलेक्ट्रॉनिक सर्किट

5. मिलाप और इकट्ठा

6. डिवाइस पूर्ण

7. बदबूदार जूता शुद्धिकरण प्रयास

चरण 1: TiO2 और UV लाइट के साथ फोटोकैटलिसिस

इस खंड में मैं प्रतिक्रिया के पीछे के सिद्धांत की व्याख्या करूंगा।

ऊपर की छवि में सब कुछ रेखांकन द्वारा संक्षेपित किया गया है। नीचे मैं छवि की व्याख्या करूंगा।

मूल रूप से, पर्याप्त ऊर्जा वाला फोटॉन TiO2 के अणु में उस कक्षा में आता है जहां एक इलेक्ट्रॉन घूम रहा होता है। फोटॉन इलेक्ट्रॉन को जोर से मारता है और इसे वैलेंस बैंड से कंडक्शन बैंड तक कूदता है, यह छलांग संभव है क्योंकि TiO2 एक अर्धचालक है और क्योंकि फोटॉन में पर्याप्त ऊर्जा है। फोटॉन की ऊर्जा इस सूत्र के अनुसार इसकी तरंग दैर्ध्य द्वारा निर्धारित की जाती है:

ई = एचसी / λ

जहां h प्लैंक कॉन्स्टेंट है, c प्रकाश की गति है और फोटॉन की तरंग दैर्ध्य है, जो हमारे मामले में 365nm है। आप इस अच्छे ऑनलाइन कैलकुलेटर का उपयोग करके ऊर्जा की गणना कर सकते हैं। मैं हमारे मामले में यह ई = 3, 397 ईवी है।

एक बार जब इलेक्ट्रॉन कूद जाता है तो एक मुक्त इलेक्ट्रॉन और एक मुक्त छिद्र होता है जहां यह एक बार था:

इलेक्ट्रॉन ई-

छेद एच+

और ये दोनों बदले में कुछ अन्य अणुओं से टकराते हैं जो हवा के हिस्से हैं जो हैं:

जल वाष्प का H2O अणु

OH- हाइड्रोक्साइड

ऑक्सीजन का O2 अणु

कुछ रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं होती हैं (इस वीडियो में उनके बारे में और जानें)।

ऑक्सीकरण:

जल वाष्प प्लस एक छेद हाइड्रॉक्सिल रेडिकल प्लस हाइड्रेटेड हाइड्रोजन आयन देता है: H2O + h+ → *OH + H+(aq)

हाइड्रॉक्साइड प्लस एक छेद हाइड्रॉक्सिल रेडिकल देता है: OH- + h+ → *OH

कमी:

ऑक्सीजन अणु प्लस एक इलेक्ट्रॉन सुपरऑक्साइड आयन देता है: O2 + e- → O2-

बनने वाली ये दो नई चीजें (हाइड्रॉक्सिल रेडिकल और सुपरऑक्साइड ऑयन) फ्री रेडिकल हैं। एक मुक्त मूलक एक परमाणु, अणु या एक एकल अयुग्मित इलेक्ट्रॉन के साथ आयन है, यह पागल अस्थिर है जैसा कि इस बहुत ही अजीब क्रश कोर्स वीडियो में कहा गया है।

मुक्त कण रसायन विज्ञान में होने वाली कई श्रृंखला प्रतिक्रियाओं के लिए मुख्य जिम्मेदार हैं, उदाहरण के लिए पोलीमराइजेशन, जो तब होता है जब मोनोमर्स एक दूसरे से जुड़कर एक बहुलक बनाते हैं, या दूसरे शब्दों में जिसे हम अधिक व्यापक रूप से प्लास्टिक कहते हैं (लेकिन यह एक और कहानी है))

O2- बड़े गंध वाले अणुओं और जीवाणुओं से टकराता है और CO2 (कार्बन डाइऑक्साइड) बनाने वाले उनके कार्बन बंधनों को तोड़ता है।

*OH बड़े खराब गंध वाले अणुओं और जीवाणुओं से टकराता है और H2O (जल वाष्प) बनाने वाले उनके हाइड्रोजन बांड को तोड़ देता है।

कार्बन यौगिकों या जीवों के लिए मुक्त कणों के मिलन को खनिजकरण कहा जाता है और यहीं पर हत्या हो रही है।

अधिक जानकारी के लिए मैंने परिचय में उद्धृत वैज्ञानिक पत्रों की पीडीएफ संलग्न की है।

चरण 2: आपूर्ति

इस परियोजना को बनाने के लिए आपको आवश्यकता होगी:

- 3डी प्रिंटेड केस

- 3डी प्रिंटेड ढक्कन

- लेजर कट एनोडाइज्ड एल्यूमीनियम 2 मिमी मोटी

- सिल्क स्क्रीन (वैकल्पिक, अंततः मैंने इसका उपयोग नहीं किया)

- उच्च शक्ति यूवी एलईडी 365nm. के 5 टुकड़े

- 3535 फुटप्रिंट या LED वाले पीसीबी सितारे पहले से ही किसी तारे पर लगे हुए हैं

- थर्मल दो तरफा चिपकने वाला टेप

- TiO2 फोटोकैटलिस्ट फ़िल्टर

- बिजली की आपूर्ति 20W 5V

- ईयू कनेक्टर 5/2.1 मिमी

- फैन 40x10 मिमी

- थर्मल चीखने वाली ट्यूब

- काउंटरसंक हेड M3 बोल्ट और नट्स

- 5 1W 5ohm प्रतिरोधक

- 1 0.5W 15ohm रोकनेवाला

- छोटे तार

मैंने कुछ सामान खरीदने के लिए लिंक जोड़े हैं लेकिन मैं विक्रेताओं के साथ कोई संबद्ध कार्यक्रम नहीं चला रहा हूं। मैं लिंक केवल इसलिए डालता हूं क्योंकि अगर कोई इस तरह से एयर प्यूरीफायर को दोहराना चाहे तो आपूर्ति और लागत का अंदाजा लगा सकता है।

चरण 3: वायु शोधक का 3D डिज़ाइन

आप संपूर्ण असेंबली फ़ाइल को प्राप्त करने में.x_b प्रारूप में पा सकते हैं।

आप देख सकते हैं कि मुझे 3D प्रिंटिंग के लिए केस को ऑप्टिमाइज़ करना था। मैंने दीवारों को मोटा बनाया और मैंने तय किया कि आधार पर कोण को चिकना नहीं किया जाएगा।

हीटसिंक लेजर कट और मिल्ड है। 2mm anodized एल्यूमीनियम (RED ZONE) पर 1mm की कमी है जो बेहतर झुकने की अनुमति देता है। झुकने को सरौता और वाइस के साथ मैन्युअल रूप से किया गया है।

मेरे एक मित्र ने मुझे नोटिस किया कि मामले के सामने का पैटर्न उस टैटू के समान है जिसे लीलू ने फिल्म द फिफ्थ एलीमेंट में पहना था। अजीब संयोग!

चरण 4: इलेक्ट्रॉनिक सर्किट

इलेक्ट्रॉनिक सर्किट बहुत आसान है। हमारे पास 5V की निरंतर वोल्टेज बिजली की आपूर्ति है और समानांतर में हम 5 एलईडी और एक पंखा लगाने जा रहे हैं। प्रतिरोधों के एक समूह के माध्यम से और कुछ गणित गणनाओं के साथ हम तय करते हैं कि हम एल ई डी और पंखे में कितना करंट फीड करेंगे।

एल ई डी

एलईडी डेटाशीट को देखते हुए हम देखते हैं कि हम उन्हें अधिकतम 500mA तक चला सकते हैं, लेकिन मैंने उन्हें आधी शक्ति (≈250mA) पर चलाने का फैसला किया। इसका कारण यह है कि हमारे पास एक छोटा हीटसिंक है, जो मूल रूप से एल्यूमीनियम प्लेट है जिस पर वे जुड़े हुए हैं। यदि हम एलईडी को 250mA पर चलाते हैं तो LED का आगे का वोल्टेज 3.72V है। उस प्रतिरोध के अनुसार जिसे हम सर्किट की उस शाखा पर लगाने का निर्णय लेते हैं, हमें करंट प्राप्त होता है।

5V - 3.72V = 1.28V वह वोल्टेज क्षमता है जो हमारे पास रोकनेवाला पर है

ओम नियम R = V/I = 1.28/0.25 = 6.4ohm

मैं 5ohm. के प्रतिरोध के वाणिज्यिक मूल्य का उपयोग करूंगा

रोकनेवाला की शक्ति = RI^2 = 0.31W (मैंने वास्तव में 1W प्रतिरोधों का उपयोग किया है, मैंने कुछ मार्जिन छोड़ दिया क्योंकि एलईडी क्षेत्र को काफी गर्म कर सकता है)।

प्रशंसक

पंखे का सुझाव वोल्टेज 5V और 180mA करंट है, अगर इस शक्ति से संचालित होता है तो यह 12m3 / h की प्रवाह दर से हवा को स्थानांतरित कर सकता है। मैंने देखा कि इस गति से जाने पर पंखा बहुत अधिक शोर (27dB) था, इसलिए मैंने वोल्टेज की आपूर्ति और पंखे को वर्तमान आपूर्ति को थोड़ा कम करने का फैसला किया, ऐसा करने के लिए मैंने 15ohm के अवरोधक का उपयोग किया। आवश्यक मूल्य को समझने के लिए मैंने एक पोटेंशियोमीटर का उपयोग किया और मैंने देखा कि मेरे पास लगभग आधा करंट कब होगा, 100mA।

रोकनेवाला की शक्ति = RI^2 = 0.15W (मैंने यहाँ 0.5W रोकनेवाला का उपयोग किया है)

तो पंखे की वास्तविक अंतिम प्रवाह दर 7.13 m3/h होती है।

चरण 5: मिलाप और इकट्ठा

मैंने एलईडी को एक साथ जोड़ने और पूरे सर्किट को बनाने के लिए पतली केबलों का उपयोग किया है और जितना संभव हो सके सब कुछ मिलाप किया है। आप देख सकते हैं कि रेसिस्टर्स हीट सिकुड़ते टयूबिंग के अंदर सुरक्षित हैं। ध्यान रखें कि आपको एलईडी के एनोड और चैटोड को दाहिने ध्रुवों में मिलाना है। एनोड एक प्रतिरोधक छोर पर जाते हैं और कैथोड GND (हमारे मामले में -5V) में जाते हैं। एलईडी पर एक एनोड चिह्न होता है, इसे एलईडी डेटाशीट में देखने के स्थान का पता लगाएं। एल ई डी थर्मल डबल-पक्षीय चिपकने वाली टेप के साथ हीटसिंक से जुड़े होते हैं।

मैंने वास्तव में पहली तस्वीर (हीटसिंक, एलईडी और पंखे) में दिखाए गए पूरे ब्लॉक को आसानी से हटाने के लिए एक डीसी कनेक्टर (पारदर्शी एक) का उपयोग किया है, हालांकि इस तत्व से बचा जा सकता है।

काले 5/2.1 ईयू डीसी मुख्य बिजली आपूर्ति कनेक्टर को एक छेद में चिपकाया गया है जिसे मैंने मैन्युअल रूप से ड्रिल किया था।

मामले में शिकंजा के साथ ढक्कन को ठीक करने के लिए मैंने ढक्कन में जो साइड छेद बनाए थे, उन्हें भी मैन्युअल रूप से ड्रिल किया गया था।

उस छोटी सी जगह में सारी सोल्डरिंग करना एक छोटी सी चुनौती थी। मुझे आशा है कि आप इसे गले लगाने का आनंद लेंगे।

चरण 6: डिवाइस पूरा हो गया है

बधाई हो! बस इसे प्लग करें और हवा को शुद्ध करना शुरू करें।

वायु प्रवाह दर 7.13 घन मीटर/घंटा है इसलिए 3x3x3 मीटर के कमरे को लगभग 4 घंटे में शुद्ध किया जाना चाहिए।

जब शोधक चालू होता है तो मैंने देखा है कि उसमें से एक गंध आती है जो मुझे ओजोन की याद दिलाती है।

मुझे आशा है कि आपको यह निर्देश पसंद आया होगा और यदि आप और भी अधिक जिज्ञासु हैं तो मेरे द्वारा किए गए प्रयोग के बारे में एक अतिरिक्त खंड है।

यदि आप अपना स्वयं का वायु शोधक बनाने के इच्छुक नहीं हैं, लेकिन आप इसे सीधे प्राप्त करना चाहते हैं, तो आप इसे Etsy पर खरीद सकते हैं। मैंने एक जोड़े को पेज पर जाने के लिए स्वतंत्र महसूस कराया।

अलविदा और अपना ध्यान रखना, पिएत्रो

चरण 7: प्रयोग: बदबूदार जूता शोधन प्रयास

इस अतिरिक्त खंड में मैं एक छोटा सा मज़ेदार प्रयोग दिखाना चाहूँगा जो मैंने शोधक के साथ किया था।

प्रारंभ में मैंने एक बहुत ही बदबूदार जूता लगाया - मैं आपको विश्वास दिलाता हूं कि यह वास्तव में खराब गंध करता है - 0.0063 एम 3 की मात्रा के साथ एक हेमेटिक ऐक्रेलिक सिलेंडर में। उस जूते को क्या बनाना चाहिए जो बदबूदार हो, बड़े अणु होते हैं जिनमें सल्फर और कार्बन होते हैं और साथ ही उस जूते को पहनने वाले पैर से आने वाले बायोएफ्लुएंट्स और बैक्टीरिया भी होते हैं। जब मैंने प्यूरीफायर चालू किया तो मैं यह देखने की उम्मीद कर रहा था कि वीओसी को कम करना है और सीओ 2 को बढ़ाना है।

कंटेनर के अंदर "बदबूदार संतुलन" तक पहुंचने के लिए मैंने जूते को 30 मिनट के लिए सिलेंडर में वहीं छोड़ दिया। और एक सेंसर के माध्यम से मैंने CO2 (+333%) और VOC (+120%) में भारी वृद्धि देखी।

३० मिनट पर मैंने सिलेंडर के अंदर वायु शोधक रखा और मैंने इसे ५ मिनट के लिए चालू कर दिया। मैंने CO2 (+40%) और VOC (+38%) में और वृद्धि देखी।

मैंने बदबूदार जूते को हटा दिया और मैंने 9 मिनट के लिए प्यूरीफायर चालू कर दिया और CO2 और VOC नाटकीय रूप से बढ़ रहे थे।

तो इस प्रयोग के अनुसार उस सिलेंडर के अंदर कुछ हो रहा था। यदि खनिजीकरण की प्रक्रिया से वीओसी और बैक्टीरिया नष्ट हो रहे हैं तो सिद्धांत हमें बताता है कि सीओ 2 और एच 2 ओ बनता है, तो कोई कह सकता है कि यह काम कर रहा है क्योंकि प्रयोग से पता चलता है कि सीओ 2 बनता रहता है, लेकिन वीओसी भी क्यों बढ़ता रहा? इसका कारण यह हो सकता है कि मैंने गलत सेंसर का इस्तेमाल किया। मैंने जिस सेंसर का उपयोग किया है वह चित्र में दिखाया गया है और जो मैंने समझा है उससे कुछ आंतरिक एल्गोरिदम का उपयोग करके वीओसी के प्रतिशत के अनुसार सीओ 2 का अनुमान लगाया जाता है और वीओसी संतृप्ति तक आसानी से पहुंच जाता है। एल्गोरिदम, जिसे सेंसर मॉड्यूल में विकसित और एकीकृत किया गया है, कच्चे डेटा की व्याख्या करता है, उदा। धातु ऑक्साइड अर्धचालक प्रतिरोध मूल्य, एनडीआईआर सीओ 2 गैस सेंसर के खिलाफ तुलना परीक्षण करके सीओ 2 समकक्ष मूल्य में और साधन एफआईडी के साथ तुलना परीक्षण के आधार पर कुल वीओसी मूल्य। मुझे लगता है कि मैंने परिष्कृत और सटीक उपकरणों का उपयोग नहीं किया।

वैसे भी इस तरह से सिस्टम को परखने की कोशिश करना मज़ेदार रहा है।

स्प्रिंग क्लीनिंग चैलेंज में प्रथम पुरस्कार