王中林院士ACS Nano：一種高效去除顆粒物的方法—摩擦納米發電機增強型納米纖維空氣過濾器

【引言】

通常，空氣中的顆粒物（PM）依據粒徑的大小可分為粗、細和超細顆粒（UFPs），直徑分別在2.5-10μm（PM10）、<2.5μm（PM2.5）和<0.1μm（PM0.1）內。研究表明長時間暴露于污染空氣（PM2.5）之中會導致呼吸道疾病、心血管等疾病的發生，因此如何有效去除空氣中的PM備受關注。

【成果簡介】

北京時間5月10日，中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士和李從舉研究員（共同通訊作者）在ACS Nano上發表最新研究成果“Triboelectric Nanogenerator Enhanced Nanofiber Air Filters for Efficient Particulate Matter Removal”，研究開發了一種高效旋轉摩擦納米發電機（R-TENG）增強型聚酰亞胺（PI）納米纖維空氣過濾器，用于環境氣氛中PM的去除。研究人員對不同粒徑的PM進行了過濾去除實驗，得到了具有指導意義的實驗數據。這種空氣凈化和霧霾處理的方法，具有零臭氧釋放和低壓降的優異性能。

【圖文導讀】

圖1 過濾器去除空氣中PM的原理和不同過濾器對PM的去除效果

（左）R-TENG增強的PI納米纖維過濾器去除空氣中PM的原理示意圖；

（右）不同過濾器情況下對PM的去除效果對比圖。

圖2 PI納米纖維的制造、結構與透射光譜

（a）通過靜電紡絲制造PI空氣過濾器的示意圖；

（b-d）具有不同放大倍率的PI空氣納米纖維的SEM圖像；

（e）靜電紡絲時間為10至60分鐘的PI過濾器照片；

（f）不同紡絲時間對應的PI納米纖維膜的透射光譜。

圖3 PM去除效率測量示意圖與兩種不同的過濾結構

（a）PM去除效率測量設置的示意圖，插圖是PI納米纖維膜的FE-SEM圖像；

（b）過濾器過濾結構的示意圖，無R-TENG；

（c）過濾器過濾結構的示意圖，有R-TENG；

（d）R-TENG的整流電壓示意圖；

（e）不同網眼大小和不同靜電紡絲時間下，空氣過濾器的PM2.5去除效率。

圖4 不同因素對PM去除效率的影響

（a）不同靜電紡絲時間下，不同過濾器（是否具有R-TENG增強）的PM2.5的去除效率；

（b）60分鐘靜電紡絲時間下，不同過濾器（是否具有R-TENG增強）對不同尺寸的PM的去除效率；

（c）不同氣體速度下，不同過濾器（是否具有R-TENG增強）的PM2.5的去除效率；

（d）不同氣體速度下，不同紡絲時間的過濾器壓降情況。

圖5不同粒徑PM在過濾器中的過濾情況與去除效率

（a）在PM粒徑為15-50nm之間時，三種不同情況下（未處理、過濾器處理和R-TENG增強的過濾器處理）PM的粒度分布；

（b）在PM粒徑為15-50nm之間時，不同過濾器（是否具有R-TENG增強）的去除效率對比；

（c）在PM粒徑為0.54-20μm之間時，三種不同情況下（未處理、過濾器處理和R-TENG增強的過濾器處理）PM的粒度分布；

（d）在PM粒徑為0.54-20μm之間時，不同過濾器（是否具有R-TENG增強）的去除效率對比，圖中使用的過濾器是靜電紡絲60分鐘所得。

【小結】

研究開發了高效率的R-TENG增強型PI納米纖維空氣過濾器，用于PM去除。PI靜電紡絲納米纖維膜對直徑大于0.5μm的PM顆粒具有較高的去除效率。當使用R-TENG強化時，過濾器對PM的去除效率顯著提高，特別是當PM的粒徑小于100nm時，R-TENG增強型過濾器的去除效率保持在80%以上。這種具有高效去除效率的新技術為空氣凈化和霧霾處理提供了新的方法。

文獻鏈接：Triboelectric Nanogenerator Enhanced Nanofiber Air Filters for Efficient Particulate Matter Removal（ACS Nano, 2017, DOI:10.1012/acsnano.7b02321）

本文由材料人編輯部盧海洲編譯，周夢青審核，點我加入材料人編輯部。

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