CN110818311A - 一种高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂，属于导电接地材料技术领域。主要是由钠基膨润土、碳纳米管、石墨、聚丙烯酰胺、芒硝、氯化铵、活性炭、钼酸钠、六偏磷酸钠组合而成。是一种物理性接地降阻剂，解决了现有降阻剂电阻率高，易水土流失，受环境因素影响大的问题。且具有长效稳定性，不腐蚀接地体的优点，特别适用于高土壤电阻率，缺水地区，具有广阔的应用前景。

Description

一种高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂

技术领域

本发明属于导电接地材料技术领域，具体涉及一种高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂，主要涉及应用于杆塔及变电站的电力接地、防雷接地。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

为解决高土壤电阻率地区，难以满足接地电阻的要求。将降阻剂敷设在接地体周围，通过扩大接地极的接触面积和降低接地极周围土壤电阻,是最有效、简单、经济组措施。

目前市场上的接地网降阻剂分为以下两种，化学类降阻剂和物理降阻剂。化学降阻剂以电解质为主，多是凝胶类的接地网降阻剂，在刚开始的几年降阻剂效果明显，随着接地体的腐蚀，接地体故障时有发生，对环境污染较大。物理降阻剂,以导电的非电解质固态粉末为主体，用强酸弱碱盐为胶凝物，导电能力与土壤中的水分的关系略小，对接地系统周围土壤有改良效果略小。

膨润土基降阻剂是未来降阻剂研究开发的主流方向，膨润土分为钙基膨润土和钠基膨润土，钠基膨润土有更好的吸水性和膨胀性，阳离子交换量更高，分散性与稳定性。但直接采用电阻率过大。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂，将石墨与碳纳米管与其复合，大大降低电阻率。同时添加保水剂、缓冲剂和缓蚀剂，使其具有较好的亲水性，在酸碱性环境中保持低电阻率，减缓腐蚀接地体。与其他降阻剂比较，受土壤中水分影响小，无毒无害，稳定长效，具有良好的发展前景，有更大的发展空间。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高电阻率土壤用钠基膨润土复合接地降阻剂，由如下重量份的原料组成：钠基膨润土80～120份，石墨3～20份，碳纳米管2～20份，聚丙烯酰胺5～20份，芒硝5～20份，氯化铵5～30份，活性炭10～60份，钼酸钠0.5～8份，六偏磷酸钠0.5～8份。

本发明以钠基膨润土为基材，与碳纳米管、石墨相结合，形成空间导电通路，形成较好的导电回路，使电阻率较低。本降阻剂中添加钼酸钠和六偏磷酸钠，减缓接地系统腐蚀。本降阻剂中添加活性炭包裹的氯化铵，使本降阻剂中在酸性环境中，有较好缓冲作用，并缓慢释放，具有长久的稳定性。

在一些实施例中，由如下重量份的原料组成：钠基膨润土80～100份，石墨3～10份，碳纳米管2～10份，聚丙烯酰胺5～12份，芒硝5～12份，氯化铵5～15份，活性炭10～30份，钼酸钠0.5～4份，六偏磷酸钠0.5～4份。复合降阻剂的含水量较高能够减少粒子迁移的壁垒，减小带电粒子的迁移阻力，从而降低接地电阻，同时，含水量较高，能够使缓冲剂、缓蚀剂分散均匀，较好的发挥作用。为能有效的储存水分，能够在干湿土壤环境变化中，储藏和保持水分。

在一些实施例中，由如下重量份的原料组成：钠基膨润土100～120份，石墨10～20份，碳纳米管10～20份，聚丙烯酰胺12～20份，芒硝12～20份，氯化铵15～30份，活性炭30～60份，钼酸钠4～8份，六偏磷酸钠4～8份。控制复合降阻剂pH值，使其处于弱碱环境，在弱碱的环境下，金属的腐蚀速率最低，对金属具有一定的防腐性能。控制pH值预选缓冲剂为碳酸铵、碳酸钙、氯化铵分别与粉末状活性炭协同作用，有效吸附土壤中的酚、贡、铁、铅、砷等有害物质，而这些物质具有优良的导电性质，可降低工频电阻率，氧化铁较强吸湿性，改善接地体和大地的接触的密实程度，降低接地电阻，有害物质在活性炭的作用下，变废为宝，同时包裹缓冲剂，使缓慢释放，保持降阻剂长效性。

在一些实施例中，所述活性炭包裹氯化铵。

在一些实施例中，所述钠基膨润土的目数小于200目。膨润土具有很强的膨胀性，能够吸附的水量相当于自身体积的8-15倍，吸水后体积可膨胀至30倍,吸水后可紧密包裹接地体，隔绝外界空气，减缓接地体腐蚀。

本发明会通过了一种高电阻率土壤用钠基膨润土复合接地降阻剂的制备方法，包括：

将钠基膨润土、石墨、碳纳米管混合均匀，形成混合物Ⅰ；

将氯化钠加入活性炭中，使氯化钠表面均匀包覆有活性炭，形成酸碱缓冲剂；

向混合物Ⅰ中加入芒硝、聚丙烯酰胺、钼酸钠、六偏磷酸钠，并混合均匀，形成混合物Ⅱ；

向混合物Ⅱ中加入所述酸碱缓冲剂，调节含水量为60％—70％，混合均匀，即得钠基膨润土复合接地降阻剂。缓蚀剂通过在阳极失去电子后，形成金属离子，发生化学反应，在金属表面形成一层钝化膜，将阳极极化，使阳极的电位增大，使腐蚀电位电流密度急剧下降，从而抑制阳极反应，进而抑制了金属的溶解。

在一些实施例中，所述钠基膨润土、石墨、碳纳米管的混合方法为水浴磁力搅拌30～35min，于80～85℃下干燥至恒重。

在一些实施例中，所述使氯化钠表面均匀包覆有活性炭的方法为机械搅拌。

本发明还提供了任一上述的方法制备的高电阻率土壤用钠基膨润土复合接地降阻剂。缓蚀剂在阴极通过与电子。粒子发生化学反应，或者是覆盖在阴极表面，阻止电子转移，将阴极极化，使阴极的电位减小，使腐蚀电流密度急剧下降，从而抑制阴极反应，达到防腐的效果。

本发明还提供了任一上述的方法制备的高电阻率土壤用钠基膨润土复合接地降阻剂在电力、电信、建筑、广播、电视、铁路、公路、航空、水运、国防军工、治金矿山、煤炭、石油、化工、纺织、医药卫生、文化教育行业中的电气接地装置中的应用。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明使一种物理型接地降阻剂，解决了受水土流失影响，降阻效果不稳定等缺陷，解决了现有化学降阻剂中电解质腐蚀接地体的问题。添加的酸碱缓冲剂，有效扩大了降阻剂在不同酸碱度的适用范围。

(2)本发明的降阻剂具有电阻率低、防腐性好、稳定性好的特点，特别适用于高电阻率土壤地区、山区、沙地、岩石，并无毒无害，对周边环境友好，价格低廉，有很好的经济效果。

(3)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为电阻率随石墨含量变化曲线；

图2为吸水率随石墨含量变化曲线；

图3为电阻率随碳纳米管含量变化曲线；

图4为吸水率随着碳纳米管含量变化曲线；

图5为保水率随聚丙烯酰胺含量变化曲线及实物图；(a)含0％聚丙烯酰胺复合降阻剂、(b)5％聚丙烯酰胺合降阻剂、(c)5％聚丙烯酰胺合降阻剂60℃下42小时形态；

图6为保水率随芒硝含量变化曲线；

图7为不同比例芒硝复合降阻剂60℃下42小时形态，其中，(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)依次为含0％、5％、10％、15％、20％、25％芒硝复合降阻剂60℃下42小时形态；

图8为保水率随着聚丙烯酰胺+芒硝含量变化曲线。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，针对膨润土基降阻剂电阻率较大、无法直接采用的问题。因此，本发明提出一种高电阻率土壤用用钠基膨润土复合降阻剂，所述降阻剂由钠基膨润土、碳纳米管、石墨、聚丙烯酰胺、芒硝、氯化铵、活性炭、钼酸钠、六偏磷酸钠组合而成。

一种高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂，按重量份数记，所述配方组成如下:

钠基膨润土80～120份，石墨3～20份，碳纳米管2～20份，聚丙烯酰胺5～20份，芒硝5～20份，氯化铵5～30份，活性炭10～60份，钼酸钠0.5～8份，六偏磷酸钠0.5～8份。

优选的，所述的降阻剂以活性炭包裹氯化铵为酸碱缓冲剂，钼酸钠和六偏磷酸钠为缓蚀剂，聚丙烯酰胺和芒硝为保水剂，通过以下步骤制备：

(1).称取烘干后钠基膨润土100份，加入质量分数为10份石墨，8份碳纳米管的导电颗粒，盛入烧杯，水浴磁力搅拌30min，于80℃下干燥至恒重，备用。

(2).称取10份氯化钠加入盛有20份活性炭的烧杯中，搅拌均匀，备用。

(3).在步骤(1)的反应产物中，加入芒硝、聚丙烯酰胺、钼酸钠、六偏磷酸钠，并混合均匀。

(4).在步骤(3)中继续加入缓冲剂，将含水量调节到60％—70％范围，混合均匀后得到钠基膨润土复合接地降阻剂。

所述的钠基膨润土的目数小于200目。

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

(1)称取烘干后钠基膨润土100份，加入质量分数为10份石墨，8份碳纳米管的导电颗粒，盛入烧杯，水浴磁力搅拌30min，于80℃下干燥至恒重，备用。

(2).称取10份氯化钠加入盛有20份活性炭的烧杯中，搅拌均匀，备用。

(3).在步骤(1)的反应产物中，加入15份芒硝、15份聚丙烯酰胺、5份钼酸钠、3份六偏磷酸钠，并混合均匀。

(4).在步骤(3)中继续加入缓冲剂，将含水量调节到60％—70％范围，混合均匀后得到钠基膨润土复合接地降阻剂。

实施例2

(1)称取烘干后钠基膨润土100份，6份碳纳米管的导电颗粒盛入烧杯，水浴磁力搅拌30min，于80℃下干燥至恒重，备用。

(2).称取8份氯化钠加入盛有16份活性炭的烧杯中，搅拌均匀，备用。

(3).在步骤(1)的反应产物中，加入10份芒硝、10份聚丙烯酰胺、3份钼酸钠4份、六偏磷酸钠，并混合均匀。

(4).在步骤(3)中继续加入缓冲剂，将含水量调节到60％—70％范围，混合均匀后得到钠基膨润土复合接地降阻剂。

实施例3

(1)称取烘干后钠基膨润土100份，加入质量分数为12份石墨，6份碳纳米管的导电颗粒，盛入烧杯，水浴磁力搅拌30min，于80℃下干燥至恒重，备用。

(2).称取12份氯化钠加入盛有20份活性炭的烧杯中，搅拌均匀，备用。

(3).在步骤(1)的反应产物中，加入20芒硝、20聚丙烯酰胺、7钼酸钠、5份六偏磷酸钠，并混合均匀。

(4).在步骤(3)中继续加入缓冲剂，将含水量调节到60％—70％范围，混合均匀后得到钠基膨润土复合接地降阻剂。

实施例4

(1)称取烘干后钠基膨润土100份，加入质量分数为15份石墨，8份碳纳米管的导电颗粒，盛入烧杯，水浴磁力搅拌30min，于80℃下干燥至恒重，备用。

(2).称取10份氯化钠加入盛有20份活性炭的烧杯中，搅拌均匀，备用。

(3).在步骤(1)的反应产物中，加入12份芒硝、12份聚丙烯酰胺、6份钼酸钠、4份六偏磷酸钠，并混合均匀。

(4).在步骤(3)中继续加入缓冲剂，将含水量调节到60％—70％范围，混合均匀后得到钠基膨润土复合接地降阻剂。

实施例5实验测试

一、钠基膨润土添加石墨

1.1.电阻率变化

如图1为电阻率随石墨含量变化曲线

1.2.吸水率变化

如图2为吸水率随石墨含量变化曲线

二、钠基膨润土添加碳纳米管

2.1电阻率变化如图3电阻率随碳纳米管含量变化曲线

2.2.吸水率变化

图4是吸水率随着碳纳米管含量变化曲线

三、钠基膨润土添加石墨和碳纳米管

四、复合材料添加保水剂

表3不同含量聚丙烯酰胺复合降阻剂的保水率

图5保水率随聚丙烯酰胺含量变化曲线及实物图

图6保水率随芒硝含量变化曲线

图7 0％、5％、10％、15％、20％、25％含量芒硝复合降阻剂烘干42h后宏观形貌

图8保水率随着聚丙烯酰胺+芒硝含量变化曲线

三、酸碱缓冲剂实验

氯化铵+一倍活性炭含量变化对pH值影响

氯化铵+一倍活性炭含量变化对pH值影响

氯化铵+一倍活性炭含量变化对pH值影响

四、腐蚀试验

在复合降阻剂中添加质量分数为1％、2％、3％、4％的硅酸钠、钼酸钠、硼酸钠、磷酸三钠、苯甲酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠，把试片(Q235碳钢)插入添加缓蚀剂的复合降阻剂中，在加速箱中，60℃的环境下加速腐蚀30天，计算腐蚀速率。并对试片进行宏观观察和SEM检测，分析产物微观形貌、物象和成分，综合各项检测结果，得到腐蚀性能较好的缓蚀剂。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂，其特征在于，由如下重量份的原料组成：钠基膨润土80～120份，石墨3～20份，碳纳米管2～20份，聚丙烯酰胺5～20份，芒硝5～20份，氯化铵5～30份，活性炭10～60份，钼酸钠0.5～8份，六偏磷酸钠0.5～8份。

2.如权利要求1所述的高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂，其特征在于，由如下重量份的原料组成：钠基膨润土80～100份，石墨3～10份，碳纳米管2～10份，聚丙烯酰胺5～12份，芒硝5～12份，氯化铵5～15份，活性炭10～30份，钼酸钠0.5～4份，六偏磷酸钠0.5～4份。

3.如权利要求1所述的高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂，其特征在于，由如下重量份的原料组成：钠基膨润土100～120份，石墨10～20份，碳纳米管10～20份，聚丙烯酰胺12～20份，芒硝12～20份，氯化铵15～30份，活性炭30～60份，钼酸钠4～8份，六偏磷酸钠4～8份。

4.如权利要求1所述的高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂，其特征在于，所述活性炭包裹氯化铵。

5.如权利要求1所述的高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂，其特征在于，所述钠基膨润土的目数小于200目。

6.一种高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂的制备方法，其特征在于，包括：

将钠基膨润土、石墨、碳纳米管混合均匀，形成混合物Ⅰ；

将氯化钠加入活性炭中，使氯化钠表面均匀包覆有活性炭，形成酸碱缓冲剂；

向混合物Ⅰ中加入芒硝、聚丙烯酰胺、钼酸钠、六偏磷酸钠，并混合均匀，形成混合物Ⅱ；

向混合物Ⅱ中加入所述酸碱缓冲剂，调节含水量为60％—70％，混合均匀，即得钠基膨润土复合接地降阻剂。

7.如权利要求1所述的高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂的制备方法，其特征在于，所述钠基膨润土、石墨、碳纳米管的混合方法为水浴磁力搅拌30～35min，于80～85℃下干燥至恒重。

8.如权利要求1所述的高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂的制备方法，其特征在于，所述使氯化钠表面均匀包覆有活性炭的方法为机械搅拌。

9.权利要求6-8任一项所述的方法制备的高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂。

10.权利要求1-5、9任一项所述的方法制备的高电阻率土壤用钠基膨润土复合降阻剂在电力、电信、建筑、广播、电视、铁路、公路、航空、水运、国防军工、治金矿山、煤炭、石油、化工、纺织、医药卫生、文化教育行业中的电气接地装置中的应用。

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