GIS特征气体吸附膜制造技术

本发明专利技术公开了一种GIS特征气体吸附膜，包括粘贴层，该粘贴层为双面粘贴结构，粘贴层的其中一个表面覆盖有吸附层，吸附层为羧基石墨烯层。所述羧基石墨烯层为单层石墨烯表面富含羧基官能团。将该吸附膜粘贴于GIS设备内表面，设备内部的GIS特征气体与羧基石墨烯表面接触后，石墨烯表面的羧基官能团能够与GIS特征气体分子间形成强烈的化学吸附作用从而实现对气体分子的吸附。本发明专利技术对GIS特征气体的吸附效果明显，且制备成本低、吸附稳定、尺寸小、可重复利用等优点。

GIS Characteristic Gas Adsorption Membrane

【技术实现步骤摘要】
GIS特征气体吸附膜
本专利技术属于电气领域，具体涉及一种GIS特征气体吸附膜。以羧基官能团修饰石墨烯为吸附材料，实现对GIS特征气体有效吸附及收集。
技术介绍
六氟化硫气体因其良好的绝缘性能和灭弧性能在GIS(GasInsulatedSwitchgear,GIS)中被广泛应用。以往运行经验表明，电气设备在长期运行中不可避免的存在绝缘缺陷，这些潜在缺陷的出现往往会引起不同程度的局部放电。在局部放电的作用下，GIS内部的SF6出现分解并与设备内部的微水微氧反应生成SO2、SO2F2、SOF2等GIS特征气体。这些产物会腐蚀金属表面进一步加速设备绝缘老化，最终可能导致绝缘设备的损坏甚至使整个供电系统瘫痪。因此，为确保绝缘设备稳定运行，可以通过对GIS特征气体的吸附收集，防止GIS特征气体分子扩散到绝缘设备表面加速其绝缘老化，避免GIS潜在故障的发生。CN201120307619公开了六氟化硫气体除杂装置，通过吸附器对气体进行吸附处理，使排出的气体中不含SO2、H2S、HF和CO等有害物质，不仅减少了对试验人员的伤害，而且有利环保；其缺陷在于该装置不能对GIS设备内部的SF6放电分解进行吸附除杂。张晓星等公开了基于第一性原理的金掺杂石墨烯对SF6分解组分的气敏分析，其采用的方案是利用金原子掺杂改性石墨烯作为吸附材料，分析了其对SF6分解组分吸附的敏性，结果表明金原子掺杂石墨烯对上述气体有较好的吸附效果；存在的缺陷是由于其石墨烯中掺杂了金原子，将其放入GIS设备后会对改变设备内部的电场分布，影响设备的GIS正常运行。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种GIS特征气体吸附膜，通过将该吸附膜置于GIS设备的内表面，能够实现对GIS特征气体有效吸附及收集。本专利技术采取的技术方案是，GIS特征气体吸附膜，包括粘贴层，该粘贴层为双面粘贴结构，粘贴层的其中一个表面覆盖有吸附层，吸附层为石墨烯层或者羧基石墨烯层。进一步地，所述吸附层为羧基石墨烯层，羧基石墨烯层是单层石墨烯表面接枝羧基官能团。进一步地，所述羧基石墨烯为二维多孔结构，孔尺寸为0.2-0.3nm，表面羧基官能团接枝率为1.19-4.77个/nm2。进一步地，所述羧基石墨烯层表面羧基官能团接枝率为4.77个/nm2。本专利技术还涉及所述GIS特征气体吸附膜的使用方法，具体使用时将吸附膜的粘贴层粘贴于GIS设备内表面的目标位置，再对GIS设备进行正常运行。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的吸附层以石墨烯或羧基石墨烯作为吸附剂，尤其是石墨烯表面的羧基官能团能够有效吸附GIS特征气体，当GIS特征气体扩散至吸附层表面后，羧基官能团与气体分子间将发生大量的电荷转移，形成化学键，所述化学键的形成使得GIS特征气分子稳定的被吸附于吸附层表面，从而实现对GIS特征气体的吸附。本专利技术的GIS特征气体吸附膜结构简单、方便粘贴于GIS设备内部表面且不影响设备的正常运行，羧基官能团修饰的石墨烯对GIS特征气体有着较强的吸附能力，而对SF6气体吸附作用微弱，故吸附膜的使用不会影响GIS设备的正常运行。目前尚未有将石墨烯做成吸附膜用于吸附GIS设备内部特征气体的报道，本专利技术利用石墨烯改性材料对气体分子的强吸附能力对气体进行吸附及检测，通过对羧基石墨烯对GIS特征气体吸附能力的仿真计算表明，该材料对SO2、SO2F2、SOF2这几种GIS特征气体有较强的吸附能力，故将其应用于GIS设备中来吸附这些气体分子，避免气体分子的扩散而加速设备的老化。附图说明图1为本专利技术GIS特征气体吸附膜的结构示意图；图2为吸附层中羧基石墨烯的微观结构示意图；图3为吸附层吸附GIS特征气体的微观原理图；图4为实施例中吸附膜粘贴于GIS设备壳体内表面的剖视图。图5为实施例中吸附膜粘贴于GIS设备壳体内表面的另一剖视图。具体实施方式下面结合实施例，进一步阐明本专利技术。如图1-5所示，本专利技术提供了GIS特征气体吸附膜，包括粘贴层1，该粘贴层为双面粘贴结构，粘贴层的其中一个表面覆盖有吸附层2，吸附层为羧基石墨烯层。粘贴层其一面用于粘贴羧基石墨烯，一面用于将吸附膜粘贴于目标位置，对于粘贴层只需要求上表面能够稳定将吸附层粘贴住，下表面可将吸附膜粘贴于GIS设备内表面目标位置即可。可选双面胶。羧基石墨烯可采用专利CN201510613444公开的一种一步法制备羧基功能化石墨烯的方法进行制备，通过简单的制备工艺得到高纯度、无团聚的羧基功能化石墨烯，该羧基功能化石墨烯呈片层结构，其表面含有大量羧基官能团。本专利技术中的吸附层可选石墨烯，具有一定的吸附效果，采用其制备的吸附膜成本低、吸附稳定、尺寸小、绿色无污染、工作温度低。但虽然石墨烯的二维结构具有优异的结构特性和电子特性，但其只对少数气体吸附效果好，如对NO2、NH3吸附效果较好，这使得采用石墨烯层作为吸附层得到的吸附膜应用范围小，灵敏度低。优选方案中，所述羧基石墨烯层为单层石墨烯3，其表面富含羧基官能团4，羧基官能团4有强吸附作用。优选方案中，所述羧基石墨烯为二维多孔结构，孔尺寸为0.2-0.3nm，表面羧基官能团接枝率为4.77个/nm2。关于GIS特征气体吸附膜的制备方法，对如何将功能化石墨转移至目标基底这一技术问题已做过大量研究，现阶段转移技术也相对成熟，例如CN201680057567公开了用聚甲基丙烯酸甲酯作为支撑层湿法将所述单层石墨烯移动并覆盖在所述粘贴层表面涉及用于转移石墨烯膜的方法，并且更具体地涉及使用聚合物和热释放聚合物支撑层以及包括由此类层支撑的石墨烯膜的转移基底将石墨烯膜从生长基底转移到目标基底。本专利技术可采用CN201680057567公开的用于石墨烯膜的转移方法，利用聚合物和热释放聚合物支撑层将石墨烯膜从生长基底转移到目标基底(即粘贴层)。所述GIS特征气体吸附膜的使用方法，具体使用时将吸附膜的粘贴层粘贴于GIS设备内表面的目标位置，再对GIS设备进行正常运行。由GIS设备内部的局部放电产生的GIS特征气体以分子形式存在于设备内部，所述GIS特征气体吸附膜中吸附层石墨烯3表面的羧基官能团4能够有效吸附GIS特征5气体。吸附膜吸附GIS特征气体5于羧基石墨烯表面如图3所示；所述吸附膜粘贴于GIS设备壳体7内表面如图4所示。GIS特征气体扩散至吸附层表面后，羧基官能团4与GIS特征气体分子5将发生大量的电荷转移，而羧基官能团4不会与六氟化硫气体分子6发生电荷转移，电荷转移有利于化学键的形成。化学键为一种强相互作用，这种作用使得GIS特征气分子5稳定的附着于吸附层2表面，且不容易脱落，从而实现对GIS特征气体的吸附，而设备内部原有的六氟化硫气体则不会被吸附。由于实验研究受温度、湿度等环境因素影响较大，为避免实验条件的限制，基于第一性原理方法的密度泛函理论(DFT)被研究人员广泛用来研究材料性质，通过计算可以得出材料宏观物理特性以及微观电子特性，有助于研究人员发现新的物理现象和物理规律，所有计算均由分子模拟软件MS完成。张晓星等公开了基于第一性原理的金掺杂石墨烯对SF6分解组分的气敏分析,利用分子模拟软件MS分析了金掺杂石墨烯对SF6分解组分的吸附效果，本专利采用相同软件及仿真方法建立石墨烯(graphene)、羧基石墨烯(gra-COOH)和气体分子(S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. GIS特征气体吸附膜，其特征在于：包括粘贴层，该粘贴层为双面粘贴结构，粘贴层的其中一个表面覆盖有吸附层，吸附层为石墨烯层或者羧基石墨烯层。

【技术特征摘要】
1.GIS特征气体吸附膜，其特征在于：包括粘贴层，该粘贴层为双面粘贴结构，粘贴层的其中一个表面覆盖有吸附层，吸附层为石墨烯层或者羧基石墨烯层。2.根据权利要求1所述的GIS特征气体吸附膜，其特征在于：所述吸附层为羧基石墨烯层，羧基石墨烯层是单层石墨烯表面接枝羧基官能团。3.根据权利要求1所述的GIS特征气体吸附膜，其特征在于：所述羧基石墨烯为二维多孔结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成江，梅侣松，刘玉斌，赵一帆，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42