Chương 1.-- 2 2SE2EE2 2 1EE12112112112112112112111. Téng quan về đề tài.---:- +S++St+EE‡EEEEE1221211211211211211211 121. Mục tiêu để tài. _ Đối tượng nghiên cứu.
Pham vi nghién CỨU.- G3 E893 91119910191 HH4 Chương 2.---- 2 22SE+EE2EEEEEEE12112112112112112112112121. Quá trình quang XUC (ÁC.-- Ăn TH ngưng 5 2. Nguyễn lý cơ bản của quang xúc tác. Cơ chế hoạt hiện.
Vat liệu quang XÚC LÁC.- - -- <1 ng ng nệt 7 2. Vật liệu bán dẫn TiO¿. Cau trúc và tính chất của TiOz. Tính chat vật liệu TiO¿.
_ Tính chat quang veccecceccccccccccccsessessessessessessessessessessesessesseseseesnesees 10 2. Tính chat 4160 oo. Ứng dụng của TiO?. Giới thiệu về Raspberry Pi.
Lịch sử phát triỂn.--¿- ¿+2 k2Ekt2EEEEEEE2EEE2EEEEEerkrrkrsree 14 2. Hệ điều hành của Raspberry Pi. Ứng dụng của Raspberry Pi. HS TH TH HH ng 16 2.
Lý do chon Raspberry Pi 4. -- --- + s vn ng ng rrn 17 2. Ứng dung Raspberry Pi 4 vào hệ thống. Ứng dụng tạo server cho hệ thống.
Ứng dụng tao database cho hệ thống. _ Hệ cơ sở dữ lIỆU.-- QĂG 1S SH SH SH thư, 19 “nh. Giới thiệu Node.--5-©22- 52252 2EEkEE2EEEEE2EEEEErkrrrrerkrree 19 2. Giới thiệu về ExpressJS.
Lý do chọn ÌNOd€.- - - SG 11v 11H ng ng key 21 2. Giới thiệu về NgrOk v. LY do chọn ngTOK. Giới thiệu PostgreSQL.
Lý do chon PostgreSQLL. ESP32 Devkit VI. GiGi thiệu về ESP32 Devkit VÌ. Giới thiệu về ESP-IDF.
Lý do sử dụng ESP-IDF cho việc lập trình cho ESP32. Ứng dụng của ESP32 Devkit VÌ. Ứng dụng ESP32 Devkit V1 vào hệ thống. Giới thiệu về Websocket.
Cam co na. Giới thiệu về SCD4Q. Nguyên lý hoạt động của NDIR. Ly do chọn SCD4(.-- Ác HS HnH TH HH TH, 33 2.
Ung dụng SCD40 vào trong hệ thống. Hệ đo nồng độ CO> cho ứng dụng quang xúc tác. Mô tả hệ đO. _ Cấu tạo hệ đo.
_ Các thành phan bên trong. Kết nối và điều khiển. _ Thực hiện quá trình quang XÚC tÁC. Hệ thống giao diện Web.--- St St k EEE1E1111121121121111 111.
Giới thiệu về JaVaSerip(. Giới thiệu về React. — Giới thiệu về Redux. Luông dữ liệu trong ứng dung Redux.
_ Lý do chọn React(. --c Ăn ng ngưng 40 2. M6 tả ứng dụng Web. HH HH ng ng tre41 2.
Giao diện WeD. Công nghệ, thư viện sử dụng phổ biến. Thiét kế giao diện. _ Tổng thể về hệ thống.---2- 2 + ©E+SE+EE£EEEEE2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrrerree 45 2.
_ Các chức năng của hệ thống. Chức năng hién thị trên biểu đồ. Chức năng xác nhận gói (in. Chức năng cấu hình wifi trên ESP32.
Khảo sát hệ đo với quá trình quang xúc tác của vật liệu T1O2 với dung dịch Methylene Blue. 113921119911 91119 11 11 9 1H ng ng rry 51 3. Nội dung khảo Sat. Kết quả khảo sát.
_ Kết quả khảo sát giá trị nồng độ CO2. Kết quả khảo sát giá trị nhiệt độ độ ẩm. _ Thực hiện khảo sát ØỐI tÍn. -- + 1c 111199111911 19 11 9 1n ng ng rry 60 Chương4.
Hướng phát triỀn.-----©-+222++2k++Ek+SEkSEEEEEkerrkrrrkerkrerrres 62 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ minh họa cơ chế quang xúc tác của chất bán dẫn [8].2: Vị trí vùng năng lượng của một số chất bán dẫn [9].3: Cấu trúc tinh thé TiOs.4: a) Giá tri phô hấp thụ UV-vis của dung dịch RhB dưới tác nhân xúc tác là tổ hợp TiOz/MoSa. b) Sự giảm độ hấp thụ của RhB theo thời gian chiếu xạ. c) đồ thị hàm bậc nhất của các chất xúc tác [16].-----¿--©+c+++ce++eeerrrrrreerrrrrrrrrrrr 12 Hình 2.5: Logo của Raspberry ÏPH. -- -ó- «+ + 111v TH ng tr 13 Hình 2.6: Các ứng dụng của Raspberry Pi [20, 22].7: Thành phan cấu tạo của Raspberry Pi 4 [24].----¿- 2 s¿©sz2ss=s+2 l6 Hình 2.
c2 2119191 KT HH kh 20 Hình 2.9: Logo của EXpF€SS. ch HH HH 21 Hình 2.10: Logo của Ngrok. HH ng ng 22 Hình 2.12: Thành phan cau tạo của ESP32 Devkit V1 [36].13: Ung dụng Websocket vào hệ thống .14: Giao tiếp hai chiều trong Websocket [42].----- 22sz+sz+sz2ss2sze: 29 Hình 2.15: Cảm biến SCD40.16: Quang phé hấp thụ của các phân tử khí (mau của quang phổ giống với chữ cái dùng dé chú thích các phân tử) trong dải Mid-IR [43, 44].17: Nguyên lý hoạt động và cau tạo cơ bản của NDIR [45].18: Hệ thống đo nồng độ khí COz: a) hệ do của nhóm tác giả Dariani [47]; b)hệ đo của khóa luận: (1) Nguồn đèn UV, (2) Cảm biến sensor SCD40, (3) Vật mẫu TiO2¿, (4) ESP32 Devkit VI, (5) Đường day ra, (6) Đường hút khí bên trong ra ¡2020177 .19: Logo của Ñ€ACK.-- cv HH TH HH HH 37 I50)02/20004--1u0sis c1.22: Cách thức hoạt động của Redux [5⁄4].23: Giao diện ứng dụng W€D. 0G 1 1230111911191 vn ng ng 41 Hình 2.24: Các thành phan của giao diện chính .---2- 2 ¿©z+zx+zxz+zzecxe2 42 Hình 2.25: Hiền thi thông báo.
a) Xác nhận xóa hết di liệu. b) Xác nhận khoảng thời gian CAM XÓa. - 2-5 ©S St SE 1E EEE1EE1711111111111111111 1111111111 re.26: Các biểu đồ hiển thi dữ liệu CO> trong 1 tiếng, 2 tiếng, 3 tiếng.27: Các biểu đỗ hiển thi dữ liệu nhiệt độ, độ âm.28: Dữ liệu được hiền thị dưới dạng bang ở giao diện dit liệu.29: Thanh điều hướng.----- 2 2£ +©+£+SE£EE2EE£EEtEEESEEEEErEkerkrrrrrrkrrkee 44 Hình 2.30: a) Giao diện tối.32: Hình ảnh minh họa cho gói tin bi môixếtt.1: Đồ thị kết quả nồng độ CO2 sau 1 tiếng khảo sắt.2: Đồ thị kết quả nồng độ CO: sau 2 tiếng khảo sát.3: Đồ thị kết quả nồng độ CO2 sau 3 tiếng khảo sát .4: Hình ảnh dung dịch Methylene Blue pha TiO› mất màu sau thực nghiệm ¬.5: Hình kết quả nhiệt độ và độ âm của mẫu khảo sát Img TiO¿.6: Hinh két quả nhiệt độ và độ 4m của mẫu khảo sát 2mg TIÒ:.7: Hình kết quả nhiệt độ và độ âm của mẫu khảo sát 3mg TiO›.8: Hình kết quả nhiệt độ và độ 4m của mẫu khảo sát 4mg TiO¿.9: Hình kết quả nhiệt độ và độ am của mẫu khảo sát 53mg THỜ¿.10: Hình anh nước được đọng trên bề mặt của nắp buồng đo. 59 DANH MỤC BANG Bảng 3-1: Kết quả khảo sát nồng độ CO: sau 1 tiếng khảo sát.
52 Bảng 3-2: Kết quả khảo sát nồng độ CO2 sau 3 tiếng khảo sát. 53 Bảng 3-3: Kết quả khảo sát nồng độ CO: sau 3 tiếng khảo sát. 54 Bang 3-4: Kết quả giá trị nhiệt độ sau 3 tiếng khảo sát.cc-e:rcecccct 56 Bảng 3-5: Kết qua giá trị độ âm sau 3 tiếng khảo sát.eceste 56 Bảng 3-6: Bảng khảo sát gói tin ở lần khảo sát thử nghiệm.--- 60 Bang 3-7: Bảng khảo sát gói tin ở lần khảo sát chính thức ở mục 3. 60 DANH MỤC TU VIET TAT SD Secure Digital SoC System-on-chip SBC Single-board computer RAM Read Access Memory loT Internet of Things ESP-IDF Espressif IoT Development Framework IETF Internet Engineering Task Force NDIR Non-Dispersive Infrared HVAC Heating, ventilation, and air conditioning UI User Interface API Application Programming Interface RSC React Server Components LibreELEC Libre Embedded Linux Entertainment Center ACID Atomicity, Consistency, Isolation, and Durability GPIO General Purpose Input Output Pins ADC Analog to Digital Converter DAC Digital to Analog Converter UART Universal Asynchromous Receiver SPI Serial Peripheral Interface RC Inter — Integrated Circuit PWM Pulse Width Modulation GPU Graphics Processing Uint VOCs Volatile Organic Compounds API Application Programming Interface DOM Document Object Model RhB Rhodamine B TÓM TẮT KHÓA LUẬN Nhóm thực hiện khóa luận với hai mục đích chính là nghiên cứu, tìm hiểu nguyên lý và xây dựng hệ thống đo nồng độ COa, nhiệt độ, độ âm sau đó hiện thực hệ thống và thực hiện khảo sát, đánh giá hệ thống này bằng cách thực hiện quá trình quang xúc tác với vật liệu bán dẫn Titanium Dioxide trong hệ đo mà nhóm thiết kế.
Nhóm hiện thực hệ thống bao gồm thiết bị cảm biến thương mại SCD40 và ESP32 dé đọc dữ liệu và truyền tải không dây, sử dụng máy tính nhúng Raspberry Pi 4B làm thiết bị lưu trữ và server dé hiển thị dữ liệu trên giao diện Web dưới dạng đồ thị cho người dùng và truyền nhận dữ liệu với giao thức HTTP/HTTPS request. Nhóm thiết kế hệ đo và khảo sát các giá trị nồng độ CO», nhiệt độ, độ âm của quá trình quang xúc tác với vật liệu TiOa sau đó đánh giá hệ thống này. Tống quan về đề tài Sự tác động của dịch bệnh COVID-19 hoành hành trên toàn thế giới trong những năm gần đây là rất lớn, cũng là lý do góp phần thúc đây sự phát triển vượt bậc trong việc nghiên cứu, phát triển nên những sản phẩm công nghệ về môi trường, y tế, chăm sóc sức khỏe. Song hang với sự phát triển khoa học kỹ thuật này, chúng ta phải đối diện với những thách thức tiềm tàng đến từ việc môi trường sống bị hủy hoại trầm trong và sự khan hiém về các nguồn năng lượng trong tự nhiên.Đáng chú ý nhất là sự tồn tại lượng lớn các chất hữu cơ sinh ra từ các rác thải công nghiệp mà chưa thông qua giai đoạn xử ly đã va dang là nguyên nhân chính dẫn đến 6 nhiễm nguồn nước, đất đai và không khí, đặc biệt là sức khỏe cộng đồng.
Các phương pháp sinh hóa truyền thống thường tốn kém chi phí nhưng chưa thé xử lý một cách hoàn toàn triệt dé đặc biệt là những loại chất khó phân hủy có nguồn gốc từ hữu cơ như hóa pham nhuộm. Vì vậy, việc đây mạnh nghiên cứu nhằm tìm ra một giải pháp có khả năng làm sạch hiệu quả các chất gây ô nhiễm có giá thành thấp cũng như thân thiện với môi trường đang ngày càng trở nên cấp thiết. Công nghệ quang xúc tác có thể loại bỏ các chất gây ô nhiễm, kháng khuẩn, khử mùi và làm sạch không khí hiệu quả bằng cách sử dụng ánh sáng đề kích thích các phản ứng hóa học diễn ra giúp loại bỏ hàm lượng chat gây hại thông qua việc biến đổi chúng thành những sản phẩm vô hại với môi trường (chính là khí COa và nước) [1]. Dé quá trình quang xúc tác xảy ra thì vật liệu cần có độ rộng vùng cam phù hợp có thé hap thụ năng lượng của ánh sáng trong vùng quang phổ từ khả kiến đến cận tử ngoại, đồng thời đáy vùng dẫn và đỉnh vùng hóa trị của chúng nên tương thích thế năng oxi hóa khử để các chuỗi hoạt động phân hủy hợp chất diễn ra dễ dàng.
Don cử vật liệu đó chính là oxit của Titanium (TiO2) bởi vật liệu này với độ rộng vùng cấm vào khoảng 3,2 eV [1, 2] phù hợp với cơ chế quang xúc tác và vật liệu này sẽ được kích thước bởi ánh sáng UV và sinh ra khí CO2 và nước. Khi đó, chúng ta đo đạc và kiểm soát được lượng khí CO2 và nước sinh ra đóng vai trò quan trọng dé giảm ô nhiễm môi trường.