Chủ động kiểm soát nồng độ ion bằng chế độ tự động của máy điện phân có hai điện cực đồng tan đảo cực luân phiên

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Chủ động kiểm soát nồng độ ion bằng chế độ tự động của máy điện phân có hai điện cực đồng tan đảo cực luân phiên trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các chế độ hoạt động của máy, đặc biệt là cải tiến mới với chế độ tự động được điều khiển bằng phần mềm cho bộ vi xử lý của máy, để máy tự động ngắt nguồn khi nồng độ ion đồng đạt yêu cầu, do vậy chủ động kiểm soát nồng độ ion đồng được tạo ra.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chủ động kiểm soát nồng độ ion bằng chế độ tự động của máy điện phân có hai điện cực đồng tan đảo cực luân phiên

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 CHỦ ĐỘNG KIỂM SOÁT NỒNG ĐỘ ION BẰNG CHẾ ĐỘ TỰ ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN PHÂN CÓ HAI ĐIỆN CỰC ĐỒNG TAN ĐẢO CỰC LUÂN PHIÊN Trần Thị Chung Thủy Trường Đại học Thủy lợi, email: tranchungthuy@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG động của máy, đặc biệt là cải tiến mới với chế độ tự động được điều khiển bằng phần Trong các nguồn nguyên liệu thân thiện mềm cho bộ vi xử lý của máy, để máy tự môi trường, ion đồng được xem hữu ích, với động ngắt nguồn khi nồng độ ion đồng đạt các ưu điểm nổi bật là khả năng kháng nấm, yêu cầu, do vậy chủ động kiểm soát nồng độ kháng ký sinh trùng, vi sinh vật có hại,... Ion ion đồng được tạo ra. Cu2+ có khả năng tạo ra các gốc tự do hydroxyl có hoạt tính cực mạnh khi tác dụng 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU với H2O2 trong tế bào sống, có tác dụng oxy hóa protein và lipid, dẫn đến tiêu diệt được Máy tạo ion đồng được chế tạo và vận các cơ thể sống có cấu trúc đơn giản như vi hành dựa trên nguyên lý điện phân với hai khuẩn, virus, tảo, nấm/ký sinh trùng [1,2,3]. điện cực bằng đồng, được đảo cực luân Nồng độ ion đồng là thông số quan trọng phiên, lần lượt làm cực dương, tan và giải và cần thiết trong xử lý nước, đặc biệt là phóng ion đồng vào dung dịch. nguồn nước nuôi thủy sản. Nồng độ ion đồng Nồng độ ion được khảo sát bằng phép so được đo bằng một số phép đo như phổ hấp thụ màu trên máy quang phổ DR900 và ngoại nguyên tử ASS, phổ hấp thụ UV-VIS-NIR, suy bằng cách fit đường chuẩn, đã được phép so màu bằng máy quang phổ DR900,… nghiên cứu và trình bày trong báo cáo [4]: Tuy nhiên, để kiểm soát được nồng độ ion đồng, thì sau mỗi lần điện phân mẫu, phải đem mẫu đi đo. Điều này gây mất thời gian và không chủ động. Để khắc phục vấn đề này, máy được thiết kế thêm chế độ tự động (Auto), chỉ cần nhập thể tích của dung dịch cần điện phân qua bàn phím. Sau đó bộ xử lí sẽ nhận giá trị và tính toán thời gian điện phân của máy. Khi quá trình điện phân kết thúc hệ thống sẽ thông báo cho người dùng biết qua màn hình LCD. Ưu điểm của chế độ tự động là có thể tự động kết thúc quá trình điện phân sau khi đã tạo ra lượng ion đồng vừa đủ, tránh tình trạng dư Hình 1. Nồng độ ion Cu2+ khi thừa lượng ion trong dung dịch. điện phân 9 lít nước sinh hoạt với Trong báo cáo này, chúng tôi trình bày cấu điện áp 5V cấp cho các điện cực trong tạo, nguyên lý hoạt động và các chế độ hoạt các khoảng thời gian khác nhau 256
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 Đường chuẩn này cho phép xác định nồng điều khiển cho L298, còn nếu dòng điện trả độ ion đồng nếu biết thời gian điện phân, và về lớn hơn dòng điện đặt thì hệ thống sẽ giảm ngược lại nếu biết thời gian điện phân thì sẽ xung điều khiển. Việc này nhằm mục đích tính được nồng độ ion đồng [Cu2+] tạo ra: giúp máy ổn định hoạt động ở mức điện áp [Cu2+] = 0,013 + 0,0122 * t (mg/l) (1) cố định. Bên cạnh đó, sử dụng định luật đương lượng trong hóa học có thể dễ dàng ngoại suy 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU được nồng độ của ion đồng khi biết thể tích Máy điện phân ion đồng hai cực đồng tan dung dịch điện phân [4,6]: đảo cực luân phiên có các thông số kỹ thuật N1V1 = N2V2 (2) được thể hiện trong bảng 1 và có giao diện trong đó, N1 là nồng độ ion và V1 là thể tích bên ngoài như trong hình 3. dung dịch điện phân, cả 2 thông số này đã được biết, trong đó V1 = 9 lít, N1 thỏa mãn phương trình (1) với điện áp đặt vào các bản cực là 5V. V2 là thể tích dung dịch cần điện phân bất kỳ, khi đó dễ dàng tính được nồng độ ion đồng N2 trong thể tích V2 theo phương trình (2). Thêm nữa, dòng điện phân I, số mol chất tan ion đồng n được giải phóng khỏi điện cực, thời gian điện phân t được liên hệ với nhau theo định luật Faraday (trong đó, hằng số Faraday F có giá trị là 96.522 C) [7]: n = It/2F (3) Dòng điện trả về bộ vi xử lý này sẽ được Hình 3. Máy điện phân tạo ion đồng, so sánh với dòng điện đặt vào. Khi hai dòng hai điện cực đồng đảo cực tan luân phiên điện bằng nhau thì quá trình điện phân kết Bảng 1. Các thông số kỹ thuật chung thúc. Đây là cơ chế để viết phần mềm cho bộ của máy điện phân ion đồng vi xử lý của máy, để máy tự động ngắt nguồn khi nồng độ ion đồng đạt yêu cầu. STT Thông số Giá trị Chế độ tự động sẽ hoạt động theo sơ đồ 1 Nguồn điện đầu vào 220 VAC - 60 Hz khối như sau (hình 2): 2 Nguồn điện đầu ra 2-10 VDC 3 Dòng điện tối đa 50 mA 4 Công suất tiêu thụ  10W/h 5 Nồng độ ion đồng  12mg/h Kích thước các điện 6 170  25  2mm cực (dài  rộng  cao) Kích thước máy 200  120  75 7 (dài  rộng  cao) mm Hình 2. Sơ đồ khối chế độ Auto 8 Trọng lượng 1 kg Module Esp32 sẽ tạo các xung điều khiển cho L298, sau đó hệ thống sẽ nhận dữ liệu Với chế độ tự động, máy sẽ hoạt động ở dòng điện trả về từ đó so sánh giá trị đó với điện áp cố định, chỉ cần nhập thể tích của dung giá trị dòng điện đặt. Nếu dòng điện trả về dịch qua bàn phím. Sau đó bộ xử lí sẽ nhận giá nhỏ hơn dòng điện đặt thì hệ thống tăng xung trị và tính toán thời gian cần điện phân. 257
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 Khi quá trình điện phân kết thúc hệ thống 4. KẾT LUẬN sẽ thông báo cho người dùng biết qua màn Đã chế tạo được máy điện phân ion đồng hình LCD. Kết quả một số chế độ đo tự động hai điện cực đồng tan đảo cực luân phiên, có được thể hiện trong bảng 2. chế độ hoạt động tự động được điều khiển Bảng 2. Các thông số của một số bằng phần mềm cho bộ vi xử lý để máy tự chế độ đo tự động của máy động ngắt nguồn khi nồng độ ion đồng đạt yêu cầu, chủ động kiểm soát nồng độ ion đồng tạo Thể tích dung 9 15 20 25 30 ra. Với chế độ hoạt động này, chỉ cần nhập thể dịch cần điện tích dung dịch cần điện phân vào bàn phím, phân (lít) thì bộ xử lí sẽ nhận giá trị và tính toán thời Nồng độ ion 0,070 0,042 0,032 0,025 0,021 gian điện phân của máy. Khi quá trình điện đồng được phân kết thúc hệ thống sẽ thông báo cho tạo ra (mg/l) người dùng biết qua màn hình LCD. Thời gian điện 5 2,4 1,6 1 0,7 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO phân (phút) [1] Jacob Bregnballe. 2015. A guide to Ưu điểm của chế độ tự động là có thể tự Recirculation Aquaculture. FAO and động kết thúc quá trình điện phân sau khi đã EUROFISH. [2] Edward J. Noga, M.S., D.V.M. Fish tạo ra lượng ion đồng vừa đủ tránh tình trạng disease: diagnosis and treatment. 2010. A dư thừa lượng ion trong dung dịch. John Wiley & Sons, Inc., Publication. ISBN Nhược điểm của chế độ tự động đó chính 978-0-8138-0697-6. là không thể thay đổi điện áp làm việc, vì thế [3] Toshio Takeuchi. 2017. Application of lượng ion đồng tạo ra khi ở chế độ này sẽ ở Recirculating Aquaculture Systems in một ngưỡng nhất định. Japan. Fisheries S cience Series. ISBN 978- 4-431-56583-3. Các thao tác vận hành chế độ tự động: [4] Pham Tran Nguyen Nguyen. 2023. Kỹ thuật Bước 1: Cấp nguồn cho bộ điều khiển. phân tích thể tích (phương pháp chuẩn độ), Bước 2: Gạt công tắc về phía có chữ “Auto”. Trường Đại học Lạc Hồng. Bước 3: Nhấn phím “ # ” để vào phần nhập [5] T.T.C.T. Xác định nồng độ ion đồng trong thể tích hoạt động của máy. xử lý nguồn nước bằng phép đo phổ hấp Bước 4: Nhập thể tích bằng các phím trên thụ. 2020. Tuyển tập Hội nghị khoa học bộ điều khiển. thường niên. ISBN: 978-604-82-3869-8. [6] David Rohindra et al. 2020. Volume Bước 5: Nhấn phím “ * ” để bắt đầu chương Analysis-Titration for beginners. Pacific trình, khi máy bắt đầu chương sẽ hiển thị trên studies press, ISBN 9789821010696. màn hình LCD dòng chữ “Complete”. Sau khi [7] F C Walsh. 1991. Trans. Inst. Metal Finish. chạy xong bộ điều khiển sẽ ngừng hoạt động. 69(4), 155. 258