在中国过去数十年的城市发展进程中，大多数城市垃圾处理的方式常采取填埋处理，随着城镇化进程，早年地处城市偏远地区的垃圾填埋场，逐步与市中心交汇，形成“一边是高楼林立、繁华盛世，一边是臭水横流、堆‘圾’成山”的景象。这种填埋造成的二次污染已经严重威胁到生态环境，上海市安亭污水厂就是这样一个典型。一进入到污水厂里就会感受到阵阵恶臭扑鼻而来，熏的人眼睛都很难睁开，蚊蝇到处飞舞、污水横流、垃圾成山。这一切严重影响了周边市民的生活，成了市民的梦魇，因此安亭污水厂经常受到居民的举报。为了解决这一民生和环境问题，安亭污水厂提标改造工程应运而生。该工程位于嘉定区安亭镇嘉松北路4671弄18号，由上海嘉定环境建设管理有限公司建设；上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司设计；上海宏波工程咨询管理有限公司实施监理；中国二十冶负责施工建设。该工程主要范围包括：垃圾堆体开挖与平整、垂直防渗工程、渗沥液收集与导排工程、填埋气体收集与导排工程、封场覆盖及生态修复工程、地表水导排工程、地下水监测工程等内容；旨在“变废为宝”，为周边居民打造一个生态环保宜居的后花园，散步休闲的好地方。
善战劲旅 勇挑重担
该工程的营养土堆场于2006年开始使用，占地面积58亩，现场垃圾埋填量约15万立方米，垃圾埋填顶部最大标高 10米，平均厚度约7米。营养土封场的总工期是45天，在工期内需要完成15万立方米垃圾堆体开挖与平整，垂直防渗工程，渗沥液收集与导排工程，填埋气体收集与导排工程，封场覆盖及生态修复工程，地表水导排工程，地下水监测等施工任务。正常情况下至少需要半年才能完成的工程，谁能在45天内完成如此艰巨的施工任务呢？经过反复的综合筛选、考核，中国二十冶，这家在国际国内市场上都拥有优良业绩的“三特”央企，从众多施工单位中脱颖而出。最后的事实也证明：他们的选择无比正确!面对这项异常艰苦繁重的民生任务，中国二十冶各级领导都高度重视，专门成立了项目经理部，落实责任制到人，实施精细化管理，提供一切便利条件，打好这场攻坚战，确保工程顺利完成。
披荆斩棘 不畏艰难
俗话说通向山巅的路，没有一条是笔直的，干工程更是如此，每时每刻都有艰难困阻在等着我们。万事开头难，摆在项目团队眼前的首要任务就是15万立方米垃圾堆体的整形。由于垃圾体量巨大，需要众多的施工机械相互配合施工，一时间无法调配这么多的机械过来，机械不到位，施工根本就无法开展，为此公司领导及项目部与外部单位经过多次协调终于在短时间内解决了机械的问题。机械的问题解决了，可更严重的问题是没有工人愿意干这个工作。因为垃圾场环境非常恶劣，现场臭气熏天，苍蝇满天飞，刺鼻的气味使人根本无法在这样的环境中长时间工作，一度造成施工工人气体中毒的现象，这样一来就更没有人愿意干了，工作一时间陷入困境。为了能使施工顺利开展，在项目经理杨智勇的带领下，项目部深入施工队伍做工人的思想工作，加强施工人员的保护措施，并身体力行与工人兄弟们投入到施工第一线，经过15天的奋战，终于完成了垃圾山的堆体整形。
开拓创新 激发潜能
在垃圾的处理过程中不仅要进行垃圾堆体的整形处理，同时还要考虑到掩埋垃圾对土壤、对地表水的污染问题，要考虑到可能出现的渗沥液体。由于渗沥液体的污染性极强，一旦滲沥，且没有处理妥当则极有可能导致填埋场以及周边地区水土受到污染。针对这个问题，在对垃圾进行处理时项目部在垃圾堆体的倾斜角处设置渗沥液体的导排系统，设置导排沟，用导排沟来将垃圾堆体产生的渗沥液体排走，还在沟渠中设置一定的穿孔管，保证渗沥液体能顺利流到处理池，以此来完成渗沥液收集工作。在导气石笼的施工过程中，项目部遇到了一个技术性的难题。由于垃圾场堆的垃圾都是经过多年的发酵腐蚀，现场的垃圾基本上都是一种淤泥状的形态，而导气石笼的施工是需要用机械手臂把一根内径600毫米，长15米的下端呈锥形的钢筒压入到整形好的垃圾中，然后拔出，在形成的孔体内埋入导气管道和碎石。因现场的垃圾成一种淤泥状形态，造成钢筒刚一拔出，形成的孔就塌方合实，恢复成原先的状态了。施工人员连续试了多次，最后都不能形成孔洞，致使施工一度陷入了困境。在得知这一情况以后，公司及项目部立即组织成立了技术攻坚小组，组织有丰富施工经验的专家及专业施工人员进行实地探讨，并会同业主、监理、设计共同商讨解决问题的办法。功夫不负有心人，在众志成城、集思广益、开拓创新、敢打敢拼下，终于找到了解决问题的方法：用一根15米长底部未封口的钢筒代替了原先锥形的钢筒，然后用机械手臂把钢筒压入垃圾堆体中，不拔出钢筒；用机械手臂抓起用无缝钢管特制而成的螺旋杆，自上而下旋转出钢筒中的垃圾；把导气管放入钢筒中，用钢筋做好的道具把导气管固定在钢筒的中心位置；人工围绕导气管把碎石填到钢筒中去，一直回填到设计标高的位置；最后用机械手臂重新抓住钢筒，边振动边把钢筒往上慢慢拔出，一个导气石笼就完成了。就这样，项目部边干边学习总结，一个个高质量的导气石笼诞生了。
抓好过程管理 赢得形象进度
中国二十冶始终把“选择二十冶就是选择放心”作为企业生存发展的责任理念，面对项目工期紧、任务重、标准高、难度大的特点，公司及项目部科学规划、合理安排、充分调研，做到了供应充分、量化考核、质量优质、安全可控，保障了进度，实现了目标。项目部积极跟土建、绿化、管道施工单位沟通，确保施工的合理性、连续性，避免了交叉施工造成的返工和不合理的材料浪费。项目部将施工任务分成了三个组：土建施工组、绿化施工组、机械施工组，并且责任到人，明确奖惩、及时兑现，提高员工工作的积极性。项目部按照“六定原则：定岗、定人、定标准、定目标、定时间、定奖惩”对三个小组进行考核。施工现场负责人、技术人员白天盯控现场，把关每一个施工细节，注重过程质量控制，确保工程质量。对不符合质量标准的立马下达返工指令，开具违反质量规定的处罚单，并要求施工队伍写出整改措施，立即实施整改。由于项目现场施工机械多，有害气体多，甚至还有塌方，危险因素众多，所以确保作业人员的安全成为重中之重。为抓好此项工作，实现安全零事故目标，一是项目部跟安质部，安质部与施工队专(兼)职安全员签订安保责任状；二是抽调经验丰富、工作细心的人员充实到施工现场管安全；三是严格昼夜巡查制度，对安全工作实现二十四小时不间断盯控；四是抓住关键环节，薄弱地点、重点难点部位施工必须有指挥人员及安全员盯控，及时排除安全隐患，不留死角。为了顺利完成既定的目标，项目部实行了倒计时管理，明确每一项工程的完成时限以及月进度、周进度，倒排工期、明确节点、精细管理，保障了工程按期有序推进。
旧貌换新颜 还民生态园
甘霖润大地，万物勃发时。中国二十冶领导及项目部员工经过42天的鏖战，终于拿下并提前3天完成了项目施工，交给了业主一份优异的答卷，给业主留下了深刻的印象。同时也使项目部前进的步履变得更加坚定，笑容更加从容。昔日污水厂里污水横流、垃圾成山的景象再也没有了，换来的是一片片鸟语花香，绿树成荫，俨然成为了一个天然的“城市绿肺”。这里再也不是市民心中的痛，相反这里成为了市民朋友茶余饭后悠闲的好去处，三五成群，看花遛狗散步下棋健身，好不自在。艰苦的劳动会迎来战斗的喜悦，辛勤的汗水会换来连年的丰收，项目建成后受到了各方的一致好评，更是得到了上海电视台东方卫视频道及各大报纸的争相报道，也得到了嘉定区区委书记马春雷等领导班子的充分肯定。中国二十冶全体施工人员所表现出的能吃苦、能团结、能奉献、能战斗的敬业精神得到了业主方上海嘉定环境建设管理有限公司的认可，充分展现了二十冶人精益求精的工匠精神以及“选择二十冶就是选择放心”的千金一诺。
(中国二十冶 郑梁徽)
【综述背景】
造纸工业属于能源密集型产业，降低造纸工业的能源需求亟待造纸工业技术和装备体系朝着高端化和绿色化发展。造纸工业中存在大量的液-固摩擦情况，液体或者纸浆悬浮液与固体的摩擦，纤维素与液体的摩擦等现象深刻影响着造纸工业生产和纸张质量。收集、转化并有效应用液-固摩擦起电的能量，将降低造纸工业的能源需求，符合碳中和所提出的要求。液-固摩擦纳米发电机可以通过简单的方式从不同水环境中获取机械能并将其转化为电能。此外，摩擦起电造成的许多影响在我们的生活或造纸工业（造成细小纤维的堆积、污染物沉积等）中都是不受欢迎的。因此，了解控制摩擦电材料的基本策略和方法是非常必要的，既为有意义的能量收集和应用强化液-固摩擦起电效应提供思路，也为在一些特殊的应用场景需要弱化液-固摩擦起电效应提供依据。
【成果简介】
鉴于此，广西大学王双飞院士团队聂双喜教授课题组系统性地回顾了液体性质和固体性质对液固界面间相互作用和界面间双电层的影响，为进一步研究和理解造纸配料组分的胶体科学和表面化学奠定了基础。同时，回顾了液体动能收集与转化的研究进展，为实现可持续、高效的湿部化学测量与控制系统奠定应用研究基础。相关研究成果以“Advanced triboelectric materials for liquid energy harvesting and emerging application”为题，发表在Materials Today期刊上，论文第一作者为2020级博士研究生蔡晨晨和罗斌，通讯作者为聂双喜教授，广西大学为唯一完成单位。
【内容详情】
提高材料的摩擦电性能
虽然有许多方法可以控制材料的摩擦电性能来控制液-固摩擦起电，但结果往往需要更多的发展。各种影响因素的存在更是增加了控制难度。对于化学功能化，可以通过添加纳米结构或重组官能团来改变材料的疏水性；此外，在液固摩擦起电过程中，固体表面电荷密度对输出性能起着重要的作用。较高的表面电荷密度可以获得较高的输出性能。通过引入官能团和电荷等化学功能化方法可以有效地提高固体表面电荷密度从而改变固体材料的摩擦电性能，最终提高液-固摩擦起电。此外，提高液体材料的摩擦电性能是L-S TENGs成功开发的另一个关键方面。系统研究液体材料性质如离子类型、离子浓度、液体pH值、介电常数、极性、液体类型、粘度、表面张力等对液-固摩擦起电过程的影响，对于控制这一过程具有重要意义。
弱化材料的摩擦电性能
对于弱化液-固摩擦起电，可以从减少液固之间电子转移次数的角度来考虑。一方面，液-固摩擦起电也会造成严重的不良后果。当静电电荷积累到一定程度时，就会发生放电现象，造成安全事故。特别是对于易燃液体的运输，如石油、柴油等，有必要减少它们与管道或储罐之间的电子传递。首先，通过化学反应引入官能团可以从避免电荷产生的角度来降低材料的摩擦电性能。值得注意的是液固界面接触分离是电荷形成的关键因素。如果水可以停留在固体表面，它将屏蔽更多的电荷，这将大大降低TENG的输出性能。在很多的研究中，用亲水聚合物、导电材料、自由基清除剂等化学方法处理固体材料的表面，已经证明可以很大程度上减少摩擦起带产生的电荷。
图1用于控制液-固摩擦起电的化学功能化策略。
图2液-固摩擦纳米发电机的发展。
【总结与展望】
本文系统地介绍了近年来利用化学功能化技术控制材料摩擦电性能的研究进展。着重介绍了一系列化学功能化策略，特别是针对液体材料的控制策略，通过修饰材料的表面结构和组成来增强或弱化材料的摩擦电性能。同时，对化学功能化控制的摩擦电材料的应用领域进行了讨论和总结。尽管近年来这一领域取得了迅速和有前景的进展，但未来有效和简化的控制材料摩擦电性能的策略仍然面临一些挑战。本文从机理、材料、应用范围等方面对化学功能化技术在固体表面改性和液体材料改性等方面存在的问题和挑战进行了分析和讨论。并对今后在摩擦电材料的控制和应用方面的研究突破进行了展望。
Chenchen Cai, Bin Luo, Yanhua Liu, Qiu Fu, Tao Liu, Shuangfei Wang, Shuangxi Nie, Advanced triboelectric materials for liquid energy harvesting and emerging application, Materials Today, http://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.10.034
作者信息
蔡晨晨，博士研究生
蔡晨晨，广西大学王双飞院士团队聂双喜教授课题组2020级博士研究生。主要方向为基于造纸湿部化学的接触起电现象和能量收集研究。
罗斌，博士研究生
罗斌，广西大学王双飞院士团队聂双喜教授课题组2020级博士研究生。主要方向为基于造纸湿部化学的接触起电现象和能量收集研究。
聂双喜，广西大学教授、博士生导师
“国家技术发明奖”和“霍英东青年教师奖”获得者。长期致力于纸浆清洁漂白的应用基础研究，在二氧化氯漂白领域取得了一系列重要成果。近五年共主持省部级以上项目5项，其中国家自然基金面上项目和地区基金各1项，广西自然基金重点项目和青年基金各1项。以第一/通讯作者在Materials Today、Advanced Functional Materials、ACS Nano、Nano Energy等期刊上发表SCI论文47篇，其中SCI一区论文34篇、影响因子15.0以上的论文8篇。论文被国际同行引用2700余次，累计入选ESI热点论文1篇、ESI高被引论文12篇。共获授权发明专利27件，其中5项技术已实现成果转化，转让到校总经费387.34万元。