一种基于TENG的海洋微塑料检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于TENG的海洋微塑料检测系统及检测方法，本发明专利技术装置较以前的海洋微塑料检测装置的区别在于能在未知海洋水中检测出有关于海洋微塑料的存在，通过使用TENG作为检测装置，实现海洋微塑料的检测更加准确、有效、便捷；本发明专利技术设计利用纳米摩擦发电机(TENG)技术可以有效的解决这些问题，采用TENG作为检测装置，与传统检测海洋微塑料的装置相比，能在未知海洋中检测微塑料的存在，其检测结果更加准确可靠，检测价格低廉，检测方式更加简便，效率更高。效率更高。效率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于TENG的海洋微塑料检测系统及检测方法


[0001]本专利技术属于高精密检测技术，一种基于TENG的海洋微塑料检测系统及检测方法。

技术介绍

[0002]塑料污染问题已经和全球变暖、臭氧层破坏等成为全球三大环境问题。截止2021年，微塑料已经给环境、生物、甚至是人类带来了极大的危害。现有的海洋微塑料检测方式有傅里叶变换
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红外光谱法具有处理简单，不破坏样品等优点，但是只能检测单一的、尺寸小的、没有被破坏的微塑料；拉曼光谱法具有不破坏样品、分辨率极高等优点，但是检测结果容易受塑料中的荧光添加剂的影响；热分析法分辨率极高，但是价格昂贵、易破坏物品、不能检测复杂环境中的微塑料；质谱法、扫描电子显微镜法优点是检测度高，对物品不具有破坏性，但是每次只能检测单个分子、制备试剂费时费力、价格昂贵。
[0003]摩擦纳米发电机(TENG)技术，其制作成本低，加工工艺简单，能够大规模用于生产制造之中。TENG具有价格低、便携、检测精度高等特点，采用TENG对海洋微塑料进行检测，一方面价格便宜、能够大大缩短检测时间；另一方面检测的结果更加可靠，能检测的范围更是达到纳米级微塑料颗粒。

技术实现思路

[0004]本专利技术专利提供了基于TENG的海洋微塑料检测系统及基于检测系统的检测方法，用于解决海洋微塑料的检测问题。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于TENG的海洋微塑料检测系统，包括：动力系统、运输系统、采集系统、检测系统，其特征在于，所述动力系统包括提供整个运输系统动力的微量注射泵一和微量注射泵二；运输系统包括气体PTFE管直径6mm、液体PTFE管直径6mm、液滴发生器、气液混合PTFE管、250ML的烧杯；采集系统包括铜片、铜线、TENG、采集卡NI usb
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6211；检测系统包括电脑；用于检测海洋中是否含有微塑料的摩擦电传感器是通过使用覆盖有铜箔的PTFE管开发的，PTFE管的主要成分为聚四氟乙烯；
[0006]优选的，所述气体PTFE管内径5mm，壁厚0.5mm，长400mm；液体PTFE管内径5mm，壁厚0.5mm，长400mm；气液混合PTFE管内径5mm，壁厚0.5mm，长300mm；铜片长30mm，宽3mm、铜线长100mm；
[0007]优选的，所述TENG选用Keithley6500系列6514型静电计；微量注射泵选用LSP02
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2A；
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种基于TENG的海洋微塑料检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]S1：以PTFE管作为实验基管，并在PTFE管上贴上3mm宽、30mm长的铜片，形成单电极TENG传感器；
[0010]S2：将采集到的海洋水通过液体注射器打入液体PTFE管，当液体已经完全经过该管时，在气体注射器中打入空气，同时启动微量注射泵一和微量注射泵二；
[0011]S3：当气体和液体同时移动，经过液滴发生器时形成了一段液柱、一段气体，其中液体长度为64mm，气体长度为6.3mm，一段气液比为1：10；
[0012]S4：将铜片贴于离气液混合PTFE管末端50mm处采集信息，水分子在气液混合PTFE管通过铜片时，由于摩擦起电和静电感应原理，一个水分子会分解成一个H+、OH
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并携带一个电子，电子被铜片所吸附，从PTFE管内壁转移到外壁；
[0013]S5：通过TENG将采集到的电信号合成有规律的线谱，通过采集卡NI usb
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6211传递到电脑中进行分析；
[0014]S6：液体产生的电信号是基于摩擦起电和静电感应原理，微塑料进入液体时会吸附水中电子，从而导致输出电信号发生变化；
[0015]S7：根据输出的电压幅值和电压信号的变化趋势来检测是否含有海洋微塑料的存在；
[0016]优选的，所述微量注射泵二的流速是微量注射泵一的10倍；
[0017]优选的，所述液体注射器的流速为3.7ml/min，气体注射器的流速为0.37ml/min。
[0018]本专利技术的工作原理是：
[0019]用于检测海洋中是否含有微塑料的摩擦电传感器是通过使用覆盖有铜箔的PTFE管开发的，PTFE管的主要成分为聚四氟乙烯；在实验过程中，用PTFE管作为实验基管，并在PTFE管上贴上3mm宽、30mm长的铜片，形成单电极TENG传感器；以去离子水为例，在去离子水中只含有少量的H+、OH
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和大量水分子，如图2所示，将采集到的海洋水通过PTFE管，原本去离子水中只含有少量的H+、OH
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和大量水分子，由于摩擦起电和静电感应原理，部分水分子也会分解为H+、OH
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并携带一个电子，经过铜片时，电子被铜片所吸附，从PTFE管内壁转移到外壁，TENG形成电信号，气体注射器中打入空气，同时启动两台微量注射泵，其中微量注射泵二的流速是微量注射泵一的十倍，液体和气体同时移动，其中液体注射器的流速为3.7ML/min，气体注射器的流速为0.37ML/min，将铜片贴于离气液混合PTFE管末端50mm处采集信息，水分子在气液混合PTFE管中通过铜片时，由于摩擦起电和静电感应原理，一个水分子会分解成一个H+、OH
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并携带一个电子，电子被铜片所吸附，从PTFE管内壁转移到外壁，通过TENG将采集到的电信号合成有规律的线谱，采集卡NI usb
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6211传递到电脑中进行分析；当有微塑料进入液体时会吸附水中电子，从而导致输出电信号大小和上升趋势发生变化。本专利是从输出的电压幅值和电压信号的变化趋势来检测是否含有海洋微塑料的存在。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]1)本次基于TENG的海洋微塑料检测技术，能够实现海洋微塑料的检测更加精准、结果更加可靠；
[0022]2)本次基于TENG的海洋微塑料检测技术，能够大大缩短检测时间，提高检测效率，也能够实现实时对海洋水质的检测；
[0023]3)大大节省了有关于海洋微塑料方面检测的费用，能够检测的范围更加广泛，减少因为环境因素而带来的检测误差。
附图说明
[0024]图1是本专利技术专利海洋微塑料检测技术原理图；
[0025]图2是本专利技术专利基于TENG的海洋微塑料检测技术检测原理图；
[0026]图3是TENG对基础水质电信号检测处理图；
[0027]图4是去离子水加不同粒径微塑料颗粒电信号图(左)；自来水加不同粒径微塑料颗粒电信号图(右)；
[0028]图5是去离子水加10μm聚苯乙烯颗粒溶液不同浓度电信号输出。
[0029]附图中各标号表示的结构为：
[0030]1‑
微量注射泵一，2
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微量注射泵二，3
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液滴发生器，4
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铜片，5
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烧杯，6
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TENG的海洋微塑料检测系统，包括：动力系统、运输系统、采集系统、检测系统，其特征在于，所述动力系统包括提供整个运输系统动力的微量注射泵一和微量注射泵二；运输系统包括气体PTFE管直径6mm、液体PTFE管直径6mm、液滴发生器、气液混合PTFE管、250ML的烧杯；采集系统包括铜片、铜线、TENG、采集卡NIusb
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6211；检测系统包括电脑；用于检测海洋中是否含有微塑料的摩擦电传感器是通过使用覆盖有铜箔的PTFE管开发的，PTFE管的主要成分为聚四氟乙烯。2.根据权利要求1所述一种基于TENG的海洋微塑料检测系统，其特征在于，所述气体PTFE管内径5mm，壁厚0.5mm，长400mm；液体PTFE管内径5mm，壁厚0.5mm，长400mm；气液混合PTFE管内径5mm，壁厚0.5mm，长300mm；铜片长30mm，宽3mm、铜线长100mm。3.根据权利要求1所述一种基于TENG的海洋微塑料检测系统，其特征在于，所述TENG选用Keithley6500系列6514型静电计；微量注射泵选用LSP02
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2A。4.一种基于TENG的海洋微塑料检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：以PTFE管作为实验基管，并在PTFE管上贴上3mm宽、30mm长的铜片，形成单电极TE...

【专利技术属性】
技术研发人员：向琴，龙威，李萌，冯朗，刘文楷，刘云龙，王萍，王鹏洋，赵章行，高浩，辛晓承，任璞，宋子璇，任焘，袁娅局，廖承钢，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：