一种使用摩擦电负离子去除油雾的方法和应用

本发明涉及摩擦电负离子，更具体地，涉及一种使用摩擦电负离子去除油雾的方法和应用。

背景技术：

1、油雾，作为人类社会生产实践中不可避免的副产品，广泛存在于厨房烹饪、工业加工、汽车以及航空航天等诸多领域。这些油雾不仅影响空气质量，还因为含有多环芳烃、甲醛、酚类化合物等多种有害物质，对人体健康和公共安全构成严重威胁。目前，去除油雾主要通过膜分离、吸附法和静电沉降等方法实现。膜分离应用较为广泛，但是对细小油雾去除效率低，并且容易引起膜污染。吸收法的核心机理是采用特定吸收载体来吸附或溶解油雾颗粒，虽然该方法可以有效去除油雾，但会产生二次污染物。静电沉降的工作原理是利用电场对油雾颗粒荷电，在电场力的作用下收集油雾颗粒，该方法在处理亚微米油滴颗粒时效率较低，并且耗能大。鉴于此，亟需探索一种高效且可持续的油雾去除新途径。

2、摩擦纳米发电机(teng)是一种新兴的能量收集技术，其可以有效地将环境中的机械能转化为电能。研究表明，teng的开路电压通常可以轻松达到5～10kv。由于teng具有高电压和低电流的特性，使其成为一种安全的高压电源。最近的研究表明，这种高电压可以驱动负离子发生器以产生负离子，并用于沉降封闭空间中的固体粉尘。

3、现有技术公开了一种控制陶瓷膜污染的方法，设计了一种摩擦电负离子发生器，产生的负离子与陶瓷膜内灰尘颗粒发生非弹性碰撞，膜内扩散截留作用减弱，减少了陶瓷膜的孔道堵塞。

4、然而，固体和液体颗粒的电子附着活性位点存在差异，这意味着这些颗粒在电场中的电荷分布和电势差异，从而导致它们在电场力作用下的行为不同。这种差异是由于电荷转移和吸附难度的不同，使得各种颗粒受到不同程度的电场力，进而影响油雾的去除效果。目前未有摩擦电负离子去除油雾相关现有技术，摩擦电负离子对油雾/空气体系的荷电特征、演变规律以及迁移特性，这些基础科学问题也未得到解析。

技术实现思路

1、本发明为克服上述现有技术所述耗能大、对细小油雾去除效率低、去除过程产生二次污染物的缺陷，提供一种摩擦电负离子去除油雾的方法。

2、本发明的另一目的在于，一种摩擦电负离子去除油雾方法的应用。

3、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

4、一种摩擦电负离子去除油雾的方法，运用摩擦电负离子系统去除油雾；所述摩擦电负离子系统主要包括圆柱旋转式摩擦纳米发电机(cr-teng)、电源管理电路(pmc)和负离子驱动装置；所述圆柱旋转式摩擦纳米发电机输出端与电源管理电路连接，电源管理电路输出端与负离子驱动装置连接。

5、所述负离子驱动装置包括产生负离子的电极和负离子与油雾发生碰撞的空间；所述电极可置于油雾输送的路径中；所述空间包括管道、腔体、密闭容器。

6、cr-teng作为系统的核心，带有油雾的废气经过系统去油后，输送至cr-teng。cr-teng负责收集气体动能并转化为电能，为整个系统提供稳定的能量供给。pmc对teng输出的电压进行升压和调控，以满足负离子驱动装置的工作需求。负离子驱动装置的电极在高压电场的激励下，能够持续、高效地产生负离子，为油雾颗粒的荷电和去除提供关键作用。

7、进一步地，摩擦电负离子系统中，圆柱旋转式摩擦纳米发电机将动能转化为电能，电源管理电路提供高压电场刺激负离子驱动装置产生负离子；油雾颗粒进入摩擦电负离子系统，与负离子发生碰撞后获得负电荷，产生的电场力使油滴之间发生团聚、油雾颗粒尺寸增加，油滴在重力和电场力作用下迁移和沉积，实现油雾去除。

8、在pmc的作用下，负离子驱动装置电极两端施加了数千伏的高压电场，触发电极尖端附近的气体电离。大量高能电子从电极表面逸出，撞击周围的空气分子，使其电离生成大量的负离子。在浓度梯度的驱动下，负离子迅速向低密度区域扩散，形成空间负离子“浓度场”。常温常压下呈电中性的油雾进入该“场”后，被大量负离子吸附在表面，使其带上大量负电荷。负电性油雾发生团聚后形成的大颗粒油滴，受到的重力和电场力增大，更容易沉降和收集。

9、进一步地，所述摩擦电负离子系统还包括接地金属材料；所述接地金属材料可加速油雾的迁移和沉积速度。

10、采用接地金属网表面的零电位电场，能够有效地吸引负电油滴并加速其沉降。

11、优选地，所述负离子驱动装置的电极材料为碳纤维束。

12、优选地，所述负离子驱动装置的碳纤维束电极长度大于0.5cm。

13、进一步地，所述圆柱旋转式摩擦纳米发电机主要由转子、定子以及支撑架组成；

14、所述转子为圆筒状，内部设涡轮机构，通过涡轮机构驱动转子转动；转子表面由外至内依次覆盖摩擦电正极材料、金属电极和缓冲层；

15、所述定子由摩擦电负极材料组成，摩擦电负极材料等间距环绕固定在转子外侧；通过滚动轴承将转子设置于定子中，转子的摩擦电正极材料和定子的摩擦电负极材料相抵，且转子可自由旋转；

16、所述支撑架为中空圆筒状，涡轮机构、转子和定子固定于支撑架内腔。

17、进一步地，摩擦电负离子系统运行时，转子的转速为200～400rpm/min。

18、进一步地，所述油雾包括食用油、工业用油、香精油。

19、优选地，所述油雾包括橄榄油、煤焦油、香精油、液压油、黄油。

20、进一步地，摩擦电负离子系统运行时，环境湿度为30％以上。

21、优选地，环境湿度为45％以上。

22、优选地，环境湿度为60％以上。

23、优选地，油雾的初始浓度为700～1300ppm。

24、进一步地，负离子驱动装置的电极与所述接地金属网的距离大于0.5cm。

25、一种摩擦电负离子去除油雾方法的应用，可应用于工业生产、日常生活中产生的油雾去除。

26、进一步地，工业生产中产生的油雾包括工业废气，日常生活中产生的油雾包括汽车尾气、厨房油烟。

27、在工业生产中，该系统可集成于废气排放控制装置，利用废气动能激发电能，增强有害油雾的去除效率，助力绿色生产。在汽车尾气管理领域，该系统可收集高速尾气的动能，驱动负离子发生，从而实现自供电、高效的油雾净化。在智能家居场景下，该技术还可用于实时监控并清除厨房油烟，改善室内空气质量、保障居民健康。

28、本发明创新地提供一种油雾去除的方法，cr-teng将动能转化为稳定的电能，通过pmc提供的高压电场，负离子驱动装置电极释放出大量的负离子。当负离子与油雾颗粒发生碰撞时，油滴表面积累过量的负电荷，导致油滴之间因静电斥力作用而相互排斥。油滴因此做加速或变向运动，在此过程中大量的亚微米级油滴在静电力的驱使下快速碰撞，逐渐团聚成微米级乃至亚毫米级的油雾颗粒。这些颗粒质量远大于空气，在重力作用下加速沉降，最终实现油雾的高效去除。

29、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

30、1、提高油雾去除效率

31、(1)本发明利用摩擦电负离子去除油雾，摩擦电负离子系统运行时，cr-teng收集经过系统去油后的气体动能，并将其转化成电能，为负离子驱动装置提供能量。产生的高密度负离子对油雾进行荷电，可以有效去除空气中的油雾，油雾去除效率较不使用系统提升280％。

32、(2)cr-teng转子在200～400rpm/min转速下，开路电压、短路电流、短路转移电荷显著提高，分别可达2000v、50μa、580μc，cr-teng的输出功率有效提高，为后续驱动负离子驱动装置奠定了基础。

33、(3)优化负离子驱动装置电极的长度和提升空气负离子生成效率，负离子的生成28μc电荷量的时间仅需8s，加快了油雾颗粒间的运动速度并形成离子风，增强了油滴之间发生团聚效应的概率。

34、(4)环境湿度会影响碳纤维电极生成负离子的数量，从而进一步影响系统的油雾去除速率。本发明将环境湿度从30％提升到60％后，系统运行60s的油滴沉降速率提升了125.5％

35、(5)利用接地金属材料收集油雾时，次级体积的油雾在接地金属板的电场力作用下发生吸附碰撞沉降，沉降油雾的重量增加了19.2％。沉积在收集极表面的油滴可通过简单的刮擦或冲洗等方式回收利用，这不仅提高了系统的去除效率，也彰显了其环保和可持续的特点。

36、2、适应复杂多变的工业环境

37、本发明摩擦电负离子系统对初始浓度为700～1300ppm的油雾均表现出了高效稳定的除油性能，去除速率和捕集效率保持在较高水平，在系统运行3分钟后，油雾去除基本完成。

38、3、可去除不同类型的油雾

39、在系统运行5分钟内，对橄榄油、煤焦油、香精油、液压油、黄油的油雾收集每分钟平均增重在6mg以上，总增重大于30mg，均表现出了优异的去除效果，具有普适性的特点。