การพัฒนาต้นแบบเซลล์โฟโตอิเล็กโทรคะตะไลติกสำหรับการฟอกอากาศและการสร้างออกซิเจนในระบบพื้นที่ปิด

Abstract

การกำจัดมลพิษทางอากาศ เช่น สารระเหยอินทรีย์และเชื้อโรคในพื้นที่ปิดมีความจำเป็นอย่างยิ่งในการปรับปรุงคุณภาพชีวิตของผู้อยู่อาศัย งานวิจัยนี้จึงมุ่งเน้นพัฒนาวิธีเคมีไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อกำจัดสารระเหยอินทรีย์และจุลินทรีย์ที่ปนเปื้อนในอากาศ และผลิตออกซิเจนไปพร้อม ๆ กันเพื่อสร้างระบบฟอกอากาศที่มีประสิทธิภาพสูงต่อไป ขอบเขตการวิจัยนี้แบ่งออกเป็น 2 ส่วน ส่วนแรก คือ การพัฒนาการเตรียมขั้วไฟฟ้าบิสมัททังสเตทโดยใช้เทคนิคไซคลิกโวลแทมเมตรีเพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงในการกำจัดสารอินทรีย์และเชื้อจุลินทรีย์ โดยศึกษาสภาวะที่เหมาะสม ได้แก่ อุณหภูมิการเผา และศึกษาคุณสมบัติทางแสง สัณฐานวิทยา โครงสร้างผลึก และคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติโฟโตอิเล็กโ ทรคะตะไลติก ส่วนที่สองคือเซลล์ต้นแบบโฟโตอิเล็กโทรคะตะไลติกได้รับการพัฒนาโดยใช้ขั้วไฟฟ้าทังสเตนออกไซด์/บิสมัทวานาเดตเป็นขั้วไฟฟ้าโฟโตแอโนดและสเตนเลสสตีลเป็นขั้วไฟฟ้าแคโทด ได้ออกแบบระบบโดยใช้สะพานเกลือเพื่อทำให้ระบบครบวงจรและควบคุมการไหลของอากาศไปยังพื้นผิวหน้าสัมผัสขั้วไฟฟ้าให้มากที่สุดภายใต้การเร่งด้วยแสงและศักย์ไฟฟ้า และได้พัฒนาเซลล์ต้นแบบอิเล็กโทรคะตะไลติกโดยใช้ขั้วไฟฟ้าแคโทดและแอโนดเป็นสเตนเลส สตีลในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 1.3 โมลาร์ ควบคุมค่าศักย์ไฟฟ้าเท่ากับ 5 โวลต์ เซลล์ต้นแบบที่พัฒนาขึ้นสามารถกำจัดสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายและเชื้อจุลินทรีย์ได้มากถึง 100% และเพิ่มออกซิเจนได้ในเวลาเดียวกัน งานวิจัยนี้เหมาะสำหรับการพัฒนาต่อยอดเป็นระบบฟอกอากาศในระบบพื้นที่ปิดต่าง ๆ ได้เป็นอย่างดี

Eliminating air pollution including volatile organic compounds and pathogens in enclosed spaces is particularly necessary for improving residents' quality of life. Therefore, this research aimed to develop electrochemical methods which efficiently eliminated volatile organic compounds and microorganisms contaminated in the air while simultaneously produced oxygen. This would result in further establishing a high-efficiency air purification system. The scope of this research was divided into two parts: The first part of the study aimed to develop the preparation of bismuth tungstate Bi[Subscript2] WO[Subscript6] electrodes using the cyclic voltammetry deposition technique to achieve high efficiency of removing organic substances and microorganisms. The optimum conditions of Bi[Subscript2] WO[Subscript6] electrode preparation including the optimal sintering temperature, the optical properties, the morphology, the crystal structure, and the electrochemical properties concerning photoelectrocatalytic (PEC) properties. The second part of PEC prototype cell was developed using WO[Subscript3]/BiVO[Subscript4] as the photoanode and stainless steel as the cathode electrode. A salt bridge was used in the system to complete the circuit and to feasibly maximize the airflow to the electrode surfaces under the light irradiation and a bias potential. In addition, an EC prototype cell was developed using stainless steel cathode and anode electrodes in a 1.3 M sodium hydroxide solution with a bias potential of 5 volts. The developed prototype cell was able to remove up to 100% of volatile organic compounds and microorganisms and increase oxygen at the same time. This research could lead to further development of an air purification system in various enclosed space systems.