【摘 要】
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利用清洁、可持续的随机能源解决环境污染问题是实现能源环境可持续发展的有效途径。摩擦纳米发电机（TENG）自发明以来,其应用机理以及自供电系统已取得重大突破,使其成为了环境随机能源的新型收集方式。纤维素具有可再生、可降解、成本低、生物相容性好等优良的特性,是地球上最丰富的可再生高分子资源之一。在TENG的设计制备中具有巨大的应用潜力,然而,纤维素材较弱的摩擦电极性限制了其在摩擦电领域的应用。因此,通
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利用清洁、可持续的随机能源解决环境污染问题是实现能源环境可持续发展的有效途径。摩擦纳米发电机（TENG）自发明以来,其应用机理以及自供电系统已取得重大突破,使其成为了环境随机能源的新型收集方式。纤维素具有可再生、可降解、成本低、生物相容性好等优良的特性,是地球上最丰富的可再生高分子资源之一。在TENG的设计制备中具有巨大的应用潜力,然而,纤维素材较弱的摩擦电极性限制了其在摩擦电领域的应用。因此,通过设计出独特的器件结构使纤维素基TENG既具有稳定的电性能又具有良好环境应用性是迫切解决的科学难题。本论文以纤维素纳米纤丝作为TENG的摩擦材料,开发了一种纤维素基径向活塞式摩擦纳米发电机（RP-TENG）增强纤维素纤维空气过滤器（CFAF）,用于清除户外环境空气中的细颗粒物（PMx）。与其它TENG增强的纤维空气过滤器相比,RP-TENG与CFAF集成的自驱动PMx清除系统不仅可以将转动机械能转为电能,而且同时可以将户外环境中的污染空气自驱动抽送到CFAF中进行过滤。RP-TENG的开路电压可达170 V。充电后,CFAF对PM2.5的清除效率为83.78%,PM10的清除效率为86.82%,分别是未充电的1.21倍和1.27倍。在径向结构的基础上,开发了一种纤维素基冠状摩擦纳米发电机（C-TENG）用于提高光催化抗生素降解效率。C-TENG将水波能转化为电能,在两个电极之间产生一个外部电场,促进光催化剂中的电子和空穴的有效分离。在5 m/s~2的水波加速度下,80 min内四环素去除效率为95.89%。外部电场的引入产生了更多超氧自由基（·O2-）、羟基自由基（·OH）和空穴（h+）,它们对提高光催化效率起非常重要的作用。本研究不仅为纤维素基TENG增强CFAF清除PMx提供了全新、可持续的策略,而且提供了一种高效、环保、低成本的四环素降解方法,为降解废水中的抗生素提供了全新途径,拓宽了纤维素基TENG在环境领域中的应用范围。
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