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納米領(lǐng)域的一項(xiàng)前沿研究,有望消除汽車尾氣PM2.5

來源:化學(xué)加      2016-02-25
導(dǎo)讀:霧霾,已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中一個(gè)無法隱匿的痛點(diǎn)。除了工廠廢氣,汽車尾氣也是PM2.5的一項(xiàng)來源。怎樣在其進(jìn)入大氣前消除其中的PM2.5顆粒已經(jīng)成為重要的課題。納米領(lǐng)域的一項(xiàng)前沿研究提供了一種廉價(jià)而又可行的方案。

  “北京目前狀態(tài):遛狗不見狗,狗繩提在手,見繩不見手,狗叫我才走。”

  “今天一開窗戶我還以為自己瞎了呢!”


  不知何時(shí)起,國人調(diào)侃霧霾天氣已經(jīng)成了新常態(tài)。PM2.5成為了百姓耳熟能詳?shù)脑~匯。在城市中,機(jī)動(dòng)車尾氣排放已經(jīng)成為霧霾顆粒的重要來源。如何有效降低來自車輛尾氣的污染?其實(shí)業(yè)界沒少在這方面下功夫。比如在汽車尾氣管上裝上形形色色的過濾器,但是這些過濾裝置需要設(shè)計(jì)成多孔狀以增大與尾氣的接觸面積,其代價(jià)是壓力增加、燃料利用率下降;工業(yè)上的靜電吸附除塵裝置倒是可以借鑒,但是似乎又需要額外的燃料消耗來補(bǔ)給需要的電能,得不償失。

  咋辦?來自納米科研領(lǐng)域的大牛王中林說:”同志們那,這是一道送分題。“ 該課題組采用了摩擦靜電技術(shù),既不會(huì)使尾管壓力增加,也不需要額外的電能供給,即可過濾掉95.5%的PM2.5,同時(shí)對(duì)PM1.0、PM5.0、PM10都具有高截留能力。

------------什么原理?----------

  摩擦靜電技術(shù),沒錯(cuò),和小學(xué)自然課本上用塑料棒磨磨頭發(fā)再去粘小紙片的原理是基本類似的。這里摩擦什么東西呢?就是這些塑料粒子,它的材質(zhì)是聚四氟乙烯。



  把這些顆粒放在有著上下金屬鋁電極板的盒子之中,再把這個(gè)盒子接到尾氣管上,就可以過濾各種PM了。


  就這么簡單?是的,真正有用的科研,并不需要太多花里胡哨的東西。

  我們知道,車輛在行駛的過程中,無時(shí)不刻不在發(fā)生著車震,哦不,是車輛的震動(dòng)。哪怕震動(dòng)程度非常小,足以使這些小塑料顆粒不斷地跳動(dòng)與摩擦,并與金屬極板不斷地撞擊。這就會(huì)在塑料顆粒表面迅速積累負(fù)電荷。

  當(dāng)然,這種性質(zhì)得益于該塑料材質(zhì)——聚四氟乙烯——其電負(fù)性非常大。負(fù)電荷肯定不是憑空產(chǎn)生的,而是金屬極板上轉(zhuǎn)移過來。所以,根據(jù)電荷守恒,金屬極板上就積累了負(fù)電荷。這樣在塑料粒子與金屬極板之間就產(chǎn)生了電場(chǎng),從尾氣管中排出的廢氣顆粒,相當(dāng)一部分都是帶電的,自然就會(huì)在電場(chǎng)下被塑料粒子或極板吸附。那不帶電荷的廢氣顆粒咋辦?別擔(dān)心,把盒子里的氣路做得曲折一些,就可以增加其機(jī)械過濾作用。

----------實(shí)戰(zhàn)效果怎么樣?--------

  實(shí)戰(zhàn)?這是本文的研究僧小哥最愿意做的事了,因?yàn)榭梢赃呴_車邊做實(shí)驗(yàn):


  (裝置雖然做得丑了點(diǎn),但是這是科研,解決問題才是硬道理)。

  開到西直門下車測(cè)個(gè)數(shù),開到五道口再下來測(cè)個(gè)數(shù)。開了兩天把北京景點(diǎn)逛了個(gè)遍,順便也把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)完了。

  逛完景點(diǎn)回來整理一下數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)效果有點(diǎn)驚人呢:


  也就是說,對(duì)于1.0微米以上的尾氣顆粒,都有著極好的過濾效果。當(dāng)然如果非要吹毛求疵的話,就會(huì)發(fā)現(xiàn),過濾效率隨著使用時(shí)間的延長而緩慢降低。作者也打開過使用后的裝置,發(fā)現(xiàn)塑料顆粒已經(jīng)被吸附的顆粒物熏黑了。不過,好就好在,這些塑料用水洗洗還能用!效果跟新塑料沒啥大區(qū)別。



  總之,王中林課題組的這項(xiàng)發(fā)明,讓我們看到了車輛高效且低耗除霧霾顆粒的新方法,為抗霾事業(yè)貢獻(xiàn)了一份力量。至于這項(xiàng)技術(shù)能否全面產(chǎn)業(yè)化,讓我們拭目以待。

參考文獻(xiàn):

Han, C. B.; Jiang, T.; Zhang, C.; Li, X. H.; Zhang, C. Y.; Cao, X.; Wang, Z. L., Removal of Particulate Matter Emissions from a Vehicle Using a Self-Powered Triboelectric Filter. Acs Nano 2015, 9 (12), 12552-12561.

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