废弃口罩的环保变身“海浪”发电机

在当今社会，随着呼吸道疾病的增多，人们越来越重视健康防护，一次性医用口罩的使用变得非常普遍。然而，这些口罩在使用后往往被丢弃，成为塑料污染的源头之一。据海洋保护组织OceansAsia发布的报告，2020年，至少有15.6亿个口罩流入海洋，加剧了海洋塑料污染问题，对海洋生物和海洋食品安全构成了严重威胁。面对这种情况，我们需要一种有效的废弃口罩回收方法。

传统的塑料回收方法，如机械回收、化学改性和化学降解，存在附加值低、能耗高、可控性差等问题。而且，这些方法并没有考虑到口罩的结构和材料特性。实际上，口罩中的薄膜具有许多独特的性能，比如良好的疏水性、大表面积、高表面电阻等，这些特性与一种名为摩擦纳米发电机的技术所需材料的特性相吻合。

摩擦纳米发电机是一种能够收集低频高熵能源的技术，特别是海洋波浪能的收集，是其最重要的发展方向之一。目前，市场上的摩擦纳米发电机主要依赖于合成的聚合物摩擦材料，这些材料成本相对较高，而且在使用寿命结束后，其组件往往会被丢弃到环境中，造成额外的污染问题。

为了解决这些问题，中国科学院北京纳米能源与系统研究所的科研团队提出了一种创新的方案：将废弃的口罩以摩擦纳米发电机的形式重新利用，收集海浪能。这样既解决了塑料污染问题，又实现了清洁和可再生能源的发电。

科研团队首先对口罩的各部分进行了拆解和分类，并分析了各部分的结构和材料特点。口罩主要由三层薄膜组成，这些薄膜由纤维制成，具有较高的表面电阻和大的表面积。薄膜表面的摩擦电负性较强，通过摩擦作用极易产生大量静电荷。

接下来，科研团队采用了高压脉冲杀菌技术对回收的薄膜进行杀菌处理。这种技术原本是应用于流体食品杀菌的，将其应用于口罩杀菌，不仅耗时短、耗能低，而且不会破坏纤维结构。更重要的是，高电压在杀菌的同时，还能实现薄膜的极化。

在杀菌处理的基础上，科研团队探究了回收薄膜作为摩擦纳米发电机摩擦层的应用潜力。他们构建了不同模式的摩擦纳米发电机基本单元，并对比了它们的输出性能。为了提升回收薄膜的摩擦性能，科研团队采用了表面改性和薄膜减薄的方法。他们使用含氟聚合物作为表面改性剂，通过气相沉积法在薄膜表面形成均匀的改性层。同时，利用液压机将薄膜的厚度减薄，从而提高了摩擦纳米发电机的电容。

最后，科研团队设计了完整的摩擦纳米发电机装置，实现了波浪能的收集。这个装置由多个废弃口罩制作而成，整体呈现立方体结构，口罩的材料回收率达到了80.89%。在波浪驱动下，这个装置实现了每立方米18.22瓦的峰值功率密度，并成功演示了为液晶显示屏和温度计供电的应用。

这项工作不仅实现了口罩的材料回收，还有效收集了波浪能，将循环经济和新能源开发相结合，对实现碳中和具有重要意义。通过这样的技术革新，我们不仅能够减少环境污染，还能开辟新的能源途径，为保护地球环境贡献力量。在未来，我们期待看到更多的废弃材料得到这样的创新利用，让废弃物变成宝贵资源，实现环境与能源的双重收益。