การพัฒนาเซลล์ต้นแบบเคมีไฟฟ้าสำหรับกำจัดเชื้อจุลินทรีย์

Abstract

นวัตกรรมป้องกันการแพร่ระบาดของเชื้อโรคเป็นหัวข้อวิจัยที่ได้รับการพัฒนาเพื่อให้ประชาชน มีสุขภาพดีและห่างไกลจากโรคภัย งานวิจัยนี้เรามีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนานวัตกรรมเซลล์เคมีไฟฟ้า เพื่อกำจัดเชื้อจุลินทรีย์ปนเปื้อนในอุปกรณ์อาหารเพื่อป้องกันการแพร่ระบาดของเชื้อโรคจากการใช้งาน อุปกรณ์ร่วมกันในที่สาธารณะ ส่วนแรกของการวิจัยได้พัฒนาวิธีอย่างง่าย ในการเตรียมฟิล์มบางบิสมัทวานาเดต (BiVO4) โดย ใช้วิธีการเคลือบแบบจุ่มอัตโนมัติ โดยเน้นที่การเพิ่มสมบัติโฟโตอิเล็กโตร คะตะไลติก (PEC) เพื่อให้ สามารถทำซ้ำและขยายสเกลได้เป็นอย่างดี ความเข้มข้นของสารละลายสารตั้งต้น อัตราเร็วในการจุ่ม และอุณหภูมิในการเผาถูกศึกษาให้ได้สภาวะที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ขั้วไฟฟ้า BiVO4 ที่มีสมบัติโฟโต อิเล็กโตรคะตะไลติกสูงสุดสำหรับการเกิดออกซิเดชันในสารละลายน้ำศึกษาคุณลักษณะของขั้วไฟฟ้า BiVO4 ที่พัฒนาขึ้นสัมพันธ์กับการปรับปรุงคุณสมบัติโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเราได้ ศึกษาความสามารถในการทำซ้ำและความสามารถในการขยายขนาดของการเตรียมขั้วไฟฟ้า BiVO4 นอกจากนี้ขั้วไฟฟ้า BiVO4 ที่พัฒนาขึ้นยังถูกนำไปใช้กับการกำจัดสารอินทรีย์สีย้อม และศึกษากลไกการ เร่งปฏิกิริยาที่ผิวหน้าขั้วไฟฟ้า เราพบว่า อัตราเร็วในการจุ่ม และอุณหภูมิการเผาของกระบวนการเตรียม ขั้วไฟฟ้า BiVO4 มีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติโฟโต อิเล็กโตรคะตะไลติก อุณหภูมิการเผาที่ 450 องศาเซลเซียส ถูกเลือกเป็นสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการเตรียมขั้วไฟฟ้า BiVO4 ให้มีสมบัติโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกสูงที่สุดสำหรับการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของน้ำและมีคุณสมบัติของกระบวนการถ่ายเทประจุที่ดี วิธีการเคลือบจุ่มอัตโนมัติที่เสนอมีประสิทธิภาพสูงสำหรับการเตรียม ฟิล์มบาง BiVO4 ที่สามารถขยายขนาดและทำซ้ำได้ดีโดยมีค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ที่น้อยกว่า 5 เปอร์เซ็นต์ ขั้วไฟฟ้า BiVO4 ที่พัฒนาขึ้น สามารถกำจัดสีย้อมอินทรีย์เมทิลเรดได้มากกว่า 70 เปอร์เซ็นต์ ภายในเวลา 1 ชั่วโมงภายใต้กระบวนการโฟโตอิ เล็กโตรคะตะไลติก จุดเด่นของงานวิจัยนี้คือการพัฒนาเทคนิคที่เรียบง่ายและทำซ้ำได้ดีสำหรับการเตรียมฟิล์มบาง BiVO4 ที่มีประสิทธิภาพสูงในการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันในสารละลายน้ำด้วย หลักการโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติก ส่วนที่สองคือการศึกษาและออกแบบเซลล์เคมีไฟฟ้าต้นแบบสำหรับกำจัดเชื้อจุลินทรีย์ที่ขนาด ความจุ 6,000 มิลลิลิตรด้วยการประยุกต์ใช้ขั้วไฟฟ้าบิสมัทวานาเดตขนาดใหญ่ที่พัฒนาจากส่วนแรก ที่สภาวะที่เหมาะสมในสารละลายอิเล็กโตรไลต์โซเดียมคลอไรด์เข้มข้น 0.5 เปอร์เซ็นต์ ตั้งค่าศักย์ไฟฟ้าที่ 2 โวลต์ ความเข้มแสงที่33.48 วัตต์ต่อตารางเซนติเมตร สามารถกำจัดเชื้ออีโคไลที่ปนเปื้อนบนอุปกรณ์อาหาร ได้หมดสมบูรณ์ในเวลา 10 นาที เซลล์เคมีไฟฟ้าต้นแบบที่พัฒนาขึ้นมีประสิทธิภาพการกำจัด เชื้อจุลินทรีย์ดีกว่าการใช้รังสียูวีและการใช้สารละลายเกลือแกงอย่างชัดเจน จุดเด่นของของงานวิจัยนี้ คือได้เซลล์ต้นแบบเซลล์เคมีไฟฟ้าด้วยหลักการโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกที่มีประสิทธิภาพสูงในการกำจัด เชื้อจุลินทรีย์ซึ่งเป็นเทคนิคที่ง่าย สะดวก เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเหมาะที่จะพัฒนาต่อยอดเป็น นวัตกรรมเครื่องล้างอุปกรณ์อาหารเพื่อป้องกันการแพร่ระบาดของเชื้อโรคในสถานที่ชุมชนได้เป็นอย่างดี

This research aimed to develop an innovation to prevent the spread of germs to keep people healthy and away from various diseases. In the study, we aimed to develop innovative electrochemical cells to eliminate microbial contaminants in food equipment and thereby to prevent people spreading germs by sharing food equipment in public places. In the first phase, a simple method was developed for preparing bismuth vanadate (BiVO4) thin film using an automatic dip-coating method, focusing on enhancing photoelectrocatalytic (PEC) property, ensuring high reproducibility, and efficiently scaling up properties. A precursor solution concentration, dipping speed, and calcination temperature were optimized to obtain the highest photoelectrocatalytic BiVO[subscript4] electrodes for water oxidation. The characteristics of the developed BiVO[subscript4] electrodes were studied related to the PEC activities improvement. Notably, the reproducibility and scale-up ability of BiVO[subscript4] electrode preparation were tried out. In addition, the developed BiVO[subscript4] electrode to organic dye degradation and the catalytic mechanism at the electrode surface was tested. It was found that both the dipping speed and calcination temperature of the fabricated BiVO[subscript4] electrode process are significantly influenced by the PEC properties. A calcination temperature of 450 degree Celsius was selected with an optimum condition for BiVO[subscript4] photoanode preparation for the highest PEC water oxidation and had good charge transfer process properties. The proposed automatic dip-coating method presents high efficiency for the large scale of BiVO[subscript4] thin film fabrication, and it was highly reproducible at a low relative standard deviation of less than 5 Percent. The developed BiVO[subscript4] electrode eliminated methyl red organic dyes by more than 70 Percent within 1 hour under the PEC process. The development of a simple and highly reproducible technique for preparing BiVO[subscript4] thin films was highly efficient in PEC water oxidation properties. The second phase is a study and design of an electrochemical cell prototype for eliminating microorganisms with a capacity of 6,000 ml, using large bismuth vanadate electrodes developed in the first part. At optimal conditions in a 0.5 Percent NaCl electrolyte solution with the applied potential set at 2 V, light intensity at 33.48 W/cm[superscript2] completely eliminated E. coli in contaminated food equipment within 10 mins. The developed electrochemical cell prototype showed significantly better microbial degradation efficiency than UV and saline- treatment processes. The results show that an electrochemical prototype cell was obtained by the photoelectrocatalytic principle with high efficiency in microorganism degradation. The proposed cell prototype is simple, convenient, and environmentally-friendly. It is suitable to develop a cell prototype as an innovative food equipment washing machine to prevent the spread of harmful germs in the community.