การพัฒนาต้นแบบเซลล์โฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกสำหรับระบบไฮโดรโปนิกส์

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์หลัก 2 ประการ ประการแรกคือพัฒนาขั้วไฟฟ้าโฟโตแอโนด WO[subscript 3]/BiVO[subscript 4] ที่มีประสิทธิภาพในปฏิกิริยาโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติก (PEC) เพื่อกำจัดสารอินทรีย์และเชื้อจุลินทรีย์ ส่วนที่สองคือการพัฒนาเซลล์ต้นแบบ PEC สำหรับการควบคุมโรคพืชและเพิ่มประสิทธิภาพการแตกตัวของปุ๋ยในระบบไฮโดรโปนิกส์ ส่วนแรกของการทดลองคือการพัฒนาวิธีการเคลือบแบบจุ่มอัตโนมัติเพื่อเตรียมฟิล์มบางของสารกึงตัวนำ WO[subscript 3]/BiVO[subscript 4] บนกระจกนำไฟฟ้า ได้ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมที่สุดในกระบวนการเคลือบแบบจุ่มและขั้นตอนการเผาขั้วไฟฟ้าเพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับเซลล์ PEC ได้วิเคราะห์คุณลักษณะทางกายภาพ การดูดกลืนแสง สัณฐานวิทยา โครงสร้างผลุก และคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้น ส่วนที่สองคือการพัฒนาเซลล์ต้นแบบ PEC สำหรับกำจัดสารอินทรีย์และเชื้อจุลินทรีย์ และการใช้งานจริงในระบบไฮโดรโปนิกส์ ได้ศึกษาผลกระทบของสารละลายอิเล็กโตรไลต์ ค่าศักย์ไฟฟ้า อัตราการไหล และกลไกการเกิดปฏิกิริยาต่อการกำจัดสารอินทรีย์และเชื้อจุลินทรีย์โดยเซลล์ PEC นอกนี้ยังได้ศึกษาประสิทธิภาพของการแตกตัวของปุ๋ยและการใช้เซลล์ PEC ต้นแบบกับการปลูกผักรูบีคอสแบบไฮโดรโปนิกส์เปรียบเทียบกับระบบดั้งเดิม งานวิจัยนี้สามารถปรับสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับกระวนการจุ่มเคลือบอัตโนมัติ WO[subscript 3]/BiVO[subscript 4] และกระบวนการเผาที่อุณหภูมิสูง ส่งผลให้ได้ขั้วไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูง สามารถทำซ้ำได้มีความทนทาน และสามารถปรับขนาดไฟฟ้าได้ ขั้วไฟฟ้า WO[subscript 3]/BiVO[subscript 4] ที่ พัฒนาขึ้นมีประสิทธิภาพสูงในการกำจัดสารประกอบอินทรีย์ได้ 100% ใน 10 นาที และกำจัด E.coli ได้ 99.9% ใน 60 นาที ณ สภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเซลล์ PEC ขนาด 60 ลิตรโดยใช้ขั้วไฟฟ้า WO[subscript 3]/BiVO[subscript 4] สารละลายอิเล็กโตรไลต์ KCl ความเข้มข้น 0.01 M อัตราการไหล 0.5 นาที/ลิตร ภายใต้สภาวะเร่งด้วยแสงและศักย์ไฟฟ้าที่ใช้ 2 V สามารถกำจัดสีย้อมอินทรีย์ได้ 100% ใน 40 นาที นอกจากนี้ยังเพิ่มประสิทธิภาพการแตกตัวของปุ๋ยไนเตรตและฟอสเฟตได้มากขึ้น 15.45 และ 11.80% ตามลำดับ ที่สำคัญยังสามารถกำจัดโคลิฟอร์มทั้งหมดได้ 98% และเชื้อรา 90% ในตัวอย่างจริงได้ภายใน 180 นาที ตามลำดับ งานวิจัยนี้เป็นการยืนยันความสำเร็จในการเตรียมฟิล์มบางสารกึ่งตัวนำ WO[subscript 3]/BiVO[subscript 4] โดยใช้เทคนิคการจุ่มเคลือบอัตโนมัติที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันในสารละลายน้ำซึ่งเป็นวิธีที่ง่าย ทนทาน และสามารถทำซ้ำและขยายขนาดได้ดี ขั้วไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นสามารถนำไปใช้กับเซลล์ PEC ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันในสารละลายน้ำซึ่งเป็นวิธีที่ง่าย ทนทาน และสามารถทำซ้ำและขยายขนาดได้ดี ขั้วไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นสามารถนำไปใช้กับเซลล์ PEC ได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อกำจัดเชื้อจุลินทรีย์และสารอินทรีย์ เซลล์ต้นแบบ PEC ที่นำเสนอสามารถควบคุมการเกิดเชื้อโรคและเพิ่มประสิทธิภาพการแตกตัวของปุ๋ยในระบบไฮโดรโปนิกส์เหมาะสำหรับการพัฒนาต่อยอด ขยายขนาด สำหรับระบบบำบัดน้ำในเชิงพาณิชย์ต่อไป