CN107603291B

CN107603291B - 一种直流场设备表面自清洁防污涂料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN107603291B
Application number: CN201710873861.4A
Authority: CN
Inventors: 刘敏; 方鹏飞; 卢定则; 钱洲亥; 杨慜宸; 祝郦伟; 金东春
Original assignee: Wuhan University WHU; Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd; Hangzhou Yineng Energy Retrenchment Technology Co
Current assignee: Wuhan University WHU; Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd; Hangzhou Yineng Energy Retrenchment Technology Co
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2020-02-28
Anticipated expiration: 2037-09-25
Also published as: CN107603291A

Abstract

本发明公开了一种直流场设备表面自清洁防污涂料及其制备方法和应用。本发明的自清洁防污涂料含氧化铽和纳米级二氧化钛，其制备方法包括如下步骤：1)称取硝酸铽溶液和1‑100mol/L的NaOH溶液，混合均匀；2)向步骤1)所配置的混合液中加入二氧化钛P25，混合分散，搅拌均匀；3)将步骤2)配置的混合体系置于烘箱中，温度为80‑250℃，反应2‑6小时；4)将步骤3)所制备的产品水洗至中性，然后进行酸搅拌、水洗和烘干。将本发明的涂料涂在直流场设备表面，能有效减缓与防止污秽沉积。

Description

一种直流场设备表面自清洁防污涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及直流场设备表面自清洁防污涂料，尤其是一种使用光催化技术处理污染物的纳米自清洁涂料及其制备方法和应用。

背景技术

电力设备外绝缘表面附着的污染物质沉积到一定程度，在污秽层充分润湿后，污秽层电导率增大，绝缘表面将形成导电膜，绝缘性能下降，泄漏电流增加，因此产生局部放电，引起闪络电压降低，在运行电压下设备表面的局部放电将发展成电弧闪络，即污闪。设备污闪的发生，将严重影响电力系统安全运行。污闪时，设备重合闸成功率很低，易造成大面积停电，而污闪中所伴随的强力电弧还常常导致设备损坏，使停电时间延长。大面积、长时间的供电中断所造成的经济损失及负面影响难以估量。污闪事故已经成为威胁电网安全的主要因素之一。直流设备的污闪在直流场事故中占很大比重，是特高压直流换流站设备亟待解决的重难点问题。

研究和运行经验表明直流线路的污闪问题比交流线路要严重得多。究其原因主要有：一是直流设备上积污较为严重。因直流中无正负半波交变，设备周围的带电微粒受到恒定电场力的作用被吸附到设备的表面，特别是在发生电晕时更为明显。在相同的条件下，直流下绝缘子表面的积污量为交流的1.5-2倍，且可能上下表面分布极不均匀；二是直流电流不存在过零问题，局部电弧更趋稳定，不易熄弧，容易造成伞裙间的电弧桥接，降低了爬电距离利用率；同时使直流电弧能稳定燃烧，容易发展。因此，在相同积污条件下，直流污闪电压低于交流，并且随着污秽度的增加，直流污闪电压下降的比例增大。中国电科院的研究表明，直流设备正极性的污闪电压比交流低10-20％，负极性比交流低20-35％。美国EPRI的试验表明，电力设备的直流污闪电压比交流低50％。

基于污闪成因的分析，污闪事故的特点是线路与设备绝缘配置偏低，技术强度不足，加之天气恶劣、大气环境污染，降低了设备外绝缘强度，且污秽清扫质量不高，这些原因事故的发生，导致了安全隐患。国家电网公司已采用了多种防污闪措施，但具体工作实施过程中仍存在一些问题，不可忽视。在防污闪涂料的研发、配套技术及施工质量控制都存在较大不足，限制了设备表面防污涂料的应用。国内防污涂料产品质量差别较大，缺乏严格的涂装施工工艺标准规范，涂层质量问题严重；涂料老化后的更替施工是更大的难题。

发明内容

本发明针对特高压直流场设备环境特点与积污特性等，提供一种采用二氧化钛纳米光催化剂为介质的自清洁防污涂料，将其涂在直流场设备表面，使设备表面污秽易在重力、风力、雨水等自然外力作用下自动脱落或光催化降解除去，以有效减缓与防止污秽沉积。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种直流场设备表面自清洁防污涂料，所述的防污涂料含氧化铽和纳米级二氧化钛。

本发明的另一目的是提供上述直流场设备表面自清洁防污涂料的制备方法，包含如下步骤：

1)称取硝酸铽溶液和1-100mol/L的NaOH溶液，混合均匀，得混合液；

2)向步骤1)所配置的混合液中加入二氧化钛P25，铽与钛的摩尔比为0.1-10：100，混合分散，搅拌均匀；

3)将步骤2)配置的混合体系置于烘箱中，温度为80-250℃，反应2-6小时；

4)将步骤3)所制备的产品水洗至中性，然后进行酸搅拌、水洗和烘干。

上述的反应方程式如下：

Tb(NO₃)_x+xNaOH→Tb(OH)_x↓+xNaNO₃；

Tb(OH)_x→TbO_x/2+x/2H₂O(加热)；

3TiO₂+2NaOH＝Na₂Ti₃O₇+H₂O；

Na₂Ti₃O₇+2HCl＝H₂Ti₃O₇+2NaCl(质子化过程)。

作为上述技术方案的补充，步骤1)中，所述铽与钛的摩尔比优选为1-5：100，最优选为1：100、3：100或5：100。

作为上述技术方案的补充，步骤4)中，酸搅拌时，溶液的pH值控制在0.5-1.5，优选为0.9-1.1，最优选为1。

作为上述技术方案的补充，步骤4)中，酸搅拌时，所加入的酸最优选为盐酸。

作为上述技术方案的补充，步骤1)中，所述NaOH溶液的浓度优选为5-15mol/L。

作为上述技术方案的补充，步骤3)中，烘箱的温度控制优选在100-150℃，最优选为100℃、130℃或140℃。

本发明的再一目的是提供上述直流场设备表面自清洁防污涂料的应用，将直流场设备表面自清洁防污涂料加入有机溶剂制备混合溶液，涂覆于直流场设备表面，在室温下放置6-12小时自然固化成膜，该膜为直流场设备表面自清洁防污涂层。

本发明具有如下的有益效果：

1.本发明的涂料以二氧化钛为基底，环保无毒。

2.本发明的涂料负载氧化铽，有助于增强光催化效果和去污性能。

3.本发明的涂料具有绿色环保、稳定性好和亲水性能好的效果，有良好的应用前景。

4.将本发明的涂料涂在直流场设备表面形成的涂层，使设备表面污秽易在重力、风力、雨水等自然外力作用下自动脱落或光催化降解除去，能有效减缓与防止污秽沉积。

附图说明

图1-2分别为对比例得到的空白样品(不含TiO2)及TNSs(不含铽的TiO2纳米片层)涂层和本发明产品x-Tb-TNSs(x＝0.1％、0.25％、0.5％、0.75％、1.0％、1.25％、1.5％、2.0％，为Tb的摩尔浓度)制成的涂层在可见光照射下降解RhB染料效果对比图和反应速率对比图。

图3为本发明制备方法的路线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

一种含有氧化铽和二氧化钛的纳米级自清洁防污涂料，其制备方法的具体步骤如下：

(1)称取硝酸铽溶液和10mol/L的NaOH溶液，混合均匀；

(2)向(1)所配置的混合液中加入二氧化钛P25，铽与钛的摩尔比为1：100，混合分散，搅拌均匀；

(3)将(2)配置的混合体系置于烘箱中，温度为140℃，反应3小时；

(4)将步骤(3)所制备的产品水洗至中性，然后进行酸搅拌3h、水洗和烘干。

将上述制备方法得到的产品加入有机溶剂制备混合溶液，涂覆于直流场设备表面，在室温下放置6-12小时自然固化成膜，该膜即为直流场设备表面自清洁防污涂层。

实施例2

(1)称硝酸铽溶液和15mol/L的NaOH溶液，混合均匀；

(2)向(1)所配置的混合液中加入P25，铽与钛的摩尔比为1.5：100，混合分散，搅拌均匀；

(3)将(2)配置的混合体系置于烘箱中，温度为130℃，反应4小时；

实施例3

(1)称取硝酸铽溶液和5mol/L的NaOH溶液，混合均匀；

(2)向(1)所配置的混合液中加入P25，铽与钛的摩尔比为1.25：100，混合分散，搅拌均匀；

(3)将(2)配置的混合体系置于烘箱中，温度为100℃，反应4小时；

实施例4

(1)称取硝酸铽溶液和8mol/L的NaOH溶液，混合均匀；

(2)向(1)所配置的混合液中加入二氧化钛P25，铽与钛的摩尔比为2：100，混合分散，搅拌均匀；

(3)将(2)配置的混合体系置于烘箱中，温度为150℃，反应3小时；

实施例5

(1)称取硝酸铽溶液和12mol/L的NaOH的溶液，混合均匀；

(2)向(1)所配置的混合液中加入二氧化钛P25，铽与钛的摩尔比为0.1：100，混合分散，搅拌均匀；

(3)将(2)配置的混合体系置于烘箱中，温度为120℃，反应4小时；

对比例1

本对比例所述的涂料制备方法及其组分摩尔比与实施例1大致相同，其区别仅在于不添加硝酸铽。

将所得的涂料制成涂层(即图1、2中的TNSs)，通过人工污秽试验方法检测，其积污程度及污秽含量均大于本发明的实施例，证明其光催化自清洁能力较差。对比效果见图1、2。

对比例2

本对比例所述的涂料制备方法及其组分摩尔比与实施例1大致相同，其区别仅在于不添加二氧化钛P25。

将所得的涂料制成涂层(即图1、2中的空白样品)，通过人工污秽试验方法检测，其积污程度及污秽含量均大于本发明的实施例，证明了其光催化自清洁能力差。对比效果见图1、2。

显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的工作技术人员来说，紫上述说明的基础上还可稍作不同形式的变化。这里无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变动仍受本发明的保护。

Claims

1.一种直流场设备表面自清洁防污涂料的制备方法，其特征在于，所述的防污涂料含氧化铽和纳米级二氧化钛，其制备方法包括如下步骤：

1）称取硝酸铽溶液和1-100mol/L的NaOH溶液，混合均匀，得混合液；

2）向步骤1）所配置的混合液中加入二氧化钛P25，铽与钛的摩尔比为0.1-10：100，混合分散，搅拌均匀；

3）将步骤2）配置的混合体系置于烘箱中，温度为80-250℃，反应2-6小时；

4）将步骤3）所制备的产品水洗至中性，然后进行酸搅拌、水洗和烘干。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述铽与钛的摩尔比为1-5：100。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述铽与钛的摩尔比为1：100、3：100或5：100。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4）中，酸搅拌时，溶液的pH值控制在0.5-1.5。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4）中，酸搅拌时，所加入的酸为盐酸。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述NaOH溶液的浓度为5-15mol/L。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中，烘箱的温度控制在100-150℃。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中，烘箱的温度控制在100℃、130℃或140℃。

9.权利要求1所述制备方法得到的直流场设备表面自清洁防污涂料的应用，其特征在于，将直流场设备表面自清洁防污涂料加入有机溶剂制备混合溶液，涂覆于直流场设备表面，在室温下放置6-12小时自然固化成膜，该膜为直流场设备表面自清洁防污涂层。