CN113804577B - 一种环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法，该方法步骤包括：建立筛选集合；预实验筛选；标准气体吸附实验筛选；混合气体吸附实验筛选；建立所述不同工况下分解气体种类集合与所述第三吸附剂种类集合之间的映射关系，并基于所述映射关系选择与工况类型、混合气体组成方式相适宜的吸附剂组合方式。本发明通过单一标准气体和不同工况下混合气体吸附实验，获取不同工况下适应吸附混合分解气体的吸附剂组合方式；同时针对未通过吸附实验筛选出适宜吸附剂的情况，配合分子动力学理论，对适宜的吸附剂再次进行筛选，从而能够获得所有适宜不同工况的吸附剂组合方式，该方法为不同工况下吸附剂的选择提供了依据。
Description
技术领域
本发明涉及电气开关设备技术领域，特别是一种环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法。
背景技术
目前，由于SF6具有较高的温室效应潜在值，长时间运用于气体绝缘开关设备中会产生严重的温室效应，对环境造成污染。目前主要解决方案是采用环保型绝缘气体作为SF6的替代气体运用于设备中，具体采用C4F7N、C5F10O、C6F12O等环保性绝缘气体与缓冲气体(如CO2、N2)按一定比例混合后运用于实际工程中，但长时间工况下会产生一些分解产物气体，部分分解产物具有一定的毒性，需要在设备中添加吸附材料对其进行吸附处理。选用的吸附剂材料既要对分解产物有较强的吸附性能，又不能影响主要气体成分的浓度。
常用的吸附材料包括多孔金属氧化物、炭质材料、沸石分子筛、金属有机框架材料、共价有机框架材料，通常为多孔结构，具有较大的比表面积，一些材料内部含有多个活性位点，对极性气体分子有较强的吸附性能，需要进行吸附实验从大量的吸附材料中筛选出合适的材料应用于气体绝缘开关柜中。而研究材料吸附性能的实验通常采用控制单一变量的方式：控制气压、温度和吸附量一定，分别获得吸附等温线、吸附等压线和吸附等量线来评估材料的吸附性能。环保绝缘气体在不同工况下的分解产物气体种类复杂，多种吸附剂材料对多个吸附质气体吸附性能的研究中，采用常规研究方案将会花费大量成本。另外部分多孔材料结构无具体实物且规格不符合实验要求，实验具有一定局限性，单一实验研究从宏观层面上也难以理清材料微观结构对气体吸附性能的影响，吸附材料种类选择缺乏理论依据和指导，最终导致研究成果转化效率不高。因此，需要制定一种高效合理的研究方法对吸附材料的吸附性能进行探究，为气体绝缘开关设备中吸附剂的选择提供技术指导。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法，用于解决现有技术中单一变量实验方法难以针对不同工况筛选出适宜吸附剂的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法，其步骤包括：
(1)建立筛选集合：建立不同工况下分解气体种类集合，以及原始吸附剂种类集合；
(2)预实验筛选：选取原始吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对不同工况下分解气体种类集合中每一种分解气体所对应的标准气体进行吸附，根据吸附前后吸附剂的质量变化，筛选出与每一标准气体相适宜的吸附剂，并建立为第一吸附剂种类集合；
(3)标准气体吸附实验筛选：选取第一吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对不同工况下分解气体种类集合中每一种分解气体所对应的标准气体进行吸附，根据吸附前后气体浓度变化，筛选出与每一标准气体相适宜的吸附剂，并建立为第二吸附剂种类集合；
(4)混合气体吸附实验筛选：选取第二吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对不同工况下分解气体种类集合中不同工况的混合分解气体进行吸附，根据吸附前后核心气体和混合分解气体的浓度变化，筛选出与每一工况下混合分解气体相适宜的吸附剂，并建立为第三吸附剂种类集合；
(5)建立不同工况下分解气体种类集合与第三吸附剂种类集合之间的映射关系，并基于映射关系选择与工况类型、混合气体组成方式相适宜的吸附剂组合方式。
其中，步骤(1)中，不同工况下的分解气体种类集合记为Gi，其中每一元素记为gim，并表示第i种类型工况下的第m种分解气体；原始吸附剂种类集合记为X，其中每一元素记为xl，并表示第l种吸附剂；其中i、m和l均为大于或等于1的整数，且l≥m。
其中，标准气体为不同工况下分解气体种类集合中某一种分解气体所对应的标准工况条件下的单一组分气体。
其中，步骤(2)中，选取原始吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对不同工况下分解气体种类集合中每一种分解气体所对应的标准气体进行吸附，若吸附后吸附剂的质量变化量与吸附前吸附剂的质量之比大于或等于10％，则确定其为适宜吸附某一种标准气体的吸附剂，并将其纳入第一吸附剂种类集合。
其中，步骤(3)中，选取第一吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对不同工况下分解气体种类集合中每一种分解气体所对应的标准气体进行吸附，若吸附后标准气体的浓度变化量与吸附前标准气体的浓度之比大于或等于50％，则确定其为适宜吸附某一种标准气体的吸附剂，并将其纳入第二吸附剂种类集合。
其中，步骤(4)中，选取第二吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对不同工况下分解气体种类集合中不同工况的混合分解气体进行吸附，若吸附后核心气体的浓度与吸附前核心气体的浓度大于或等于99.9％，并且吸附后混合分解气体的浓度变化量与吸附前混合分解气体的浓度之比大于或等于50％，则确定其为适宜吸附某一种工况下混合分解气体的吸附剂，并将其纳入第三吸附剂种类集合；核心气体为混合气氛中除分解气体以外的气体组分。
其中，步骤(5)中，映射关系具体为工况类型、混合气体组成方式和吸附剂组合方式三者之间的一一对应关系。
其中，环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法还包括如下步骤(6)：若根据映射关系，某一工况类型及混合气体组成方式条件下没有与之相对应的吸附剂组合方式，则基于分子动力学理论构建模拟吸附剂结构，并结合前述步骤(2)(3)(4)中三次吸附实验结果，筛选出与模拟吸附剂结构相适应的吸附剂组合方式。
其中，步骤(6)中，基于分子动力学理论构建模拟吸附剂结构的步骤具体如下：获取每种分解气体的范德华表面以及每种吸附剂的多孔结构，筛选出吸附剂孔径大于分解气体范德华表面的吸附剂材料结构，并纳入吸附剂结构初选集合；采用Materials studio软件进行仿真实验，搭建分解气体的结构，对吸附剂结构初选集合中的材料结构和分解气体的结构分别进行几何优化，并计算获得吸附剂结构初选集合中的不同吸附剂对单一分解气体的吸附能和吸附量；将所得吸附能、吸附量与预设吸附能阈值、预设吸附量阈值进行对照，若吸附剂所对应吸附能绝对值大于或等于预设吸附能阈值，且吸附剂所对应吸附量大于或等于预设吸附量阈值时，将吸附剂纳入吸附剂结构次选集合；采用Materials studio软件模拟并建立不同工况下的混合分解气体吸附模型，并计算获得吸附剂结构次选集合中的不同吸附剂对混合分解气体的吸附能和吸附量，建立吸附剂结构与混合分解气体的吸附能、吸附量之间的对应关系；基于上述对应关系，结合预实验筛选、标准气体吸附实验筛选以及混合气体吸附实验筛选三次吸附实验结果，根据对混合分解气体的吸附能、吸附量需求，筛选出与之结构相匹配的吸附剂。
其中，步骤(2)(3)(4)中的吸附实验均通过吸附装置执行，吸附装置包括：进气管、转接件、若干气室箱和若干导气管；转接件为中空的多边形棱柱状结构，转接件顶部与进气管连通，转接件侧面与若干导气管连通，每一导气管远离转接件一端均同一气室箱连通，气室箱为供容纳待测气体的密闭腔体；每一导气管上均设有进气阀，用于控制待测气体进入气室箱的流速。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法，通过单一标准气体和不同工况下混合气体吸附实验，获取不同工况下适应吸附混合分解气体的吸附剂组合方式；同时，针对未通过吸附实验筛选出适宜吸附剂的情况，进一步配合分子动力学理论，对适宜的吸附剂再次进行筛选，从而能够获得所有适宜不同工况的吸附剂组合方式，该方法为不同工况下吸附剂的选择提供了依据。
附图说明
图1是本发明中环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法一实施方式的流程图；
图2是本发明实施例1中筛选方法的流程图；
图3是本发明实施例2中筛选方法的流程图；
图4是本发明中吸附装置一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1是本发明中环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法一实施方式的流程图，本发明中环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法，其步骤包括：
S1，建立筛选集合：建立不同工况下分解气体种类集合，以及原始吸附剂种类集合；
S2，预实验筛选：选取原始吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对不同工况下分解气体种类集合中每一种分解气体所对应的标准气体进行吸附，根据吸附前后吸附剂的质量变化，筛选出与每一标准气体相适宜的吸附剂，并建立为第一吸附剂种类集合；
S3，标准气体吸附实验筛选：选取第一吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对不同工况下分解气体种类集合中每一种分解气体所对应的标准气体进行吸附，根据吸附前后气体浓度变化，筛选出与每一标准气体相适宜的吸附剂，并建立为第二吸附剂种类集合；
S4，混合气体吸附实验筛选：选取第二吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对不同工况下分解气体种类集合中不同工况的混合分解气体进行吸附，根据吸附前后核心气体和混合分解气体的浓度变化，筛选出与每一工况下混合分解气体相适宜的吸附剂，并建立为第三吸附剂种类集合；
S5，建立不同工况下分解气体种类集合与第三吸附剂种类集合之间的映射关系，并基于映射关系选择与工况类型、混合气体组成方式相适宜的吸附剂组合方式。
S6，若根据映射关系，某一工况类型及混合气体组成方式条件下没有与之相对应的吸附剂组合方式，则基于分子动力学理论构建模拟吸附剂结构，并结合步骤S2、S3、S4中三次吸附实验结果，筛选出与模拟吸附剂结构相适应的吸附剂组合方式。
下面通过具体地实施例对上述环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法进行阐述。
实施例1
请参阅图2，图2是本发明实施例1中筛选方法的流程图，实施例1主要阐述环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法步骤S5后，某一工况类型及混合气体组成方式条件下有与之相对应的吸附剂组合方式，即该实施例所描述的是能够直接由步骤S1～S5得到吸附剂筛选结果的情况，具体步骤如下：
(1)建立筛选集合
具体地，建立不同工况下分解气体种类集合，并定义为集合Gi，Gi＝[gi1 gi2 gi3…gim]，集合Gi中每一个元素gim对应一种分解气体，并表示第i种类型工况下的第m种分解气体。原始吸附剂种类集合为所有能用的吸附剂材料种类，并定义为集合X，X＝[x1 x2 x3 …xl]，集合X中每一个元素xl对应一种吸附剂材料，共有l种。其中i、m和l均为大于或等于1的整数，且l≥m，确保每种分解气体均有至少一种吸附剂能够对其进行吸附。
(2)预实验筛选
预实验筛选的主要内容是通过实验前后吸附剂质量增加量对现有所有吸附材料的吸附性能做一个初步判断，每一种环保绝缘气体分解产物所对应的标准气体都要进行一组预实验，其中标准气体为不同工况下分解气体种类集合中某一种分解气体所对应的标准工况条件下的单一组分气体。由于不同工况下分解气体种类集合Gi中总共有m种分解气体，需要进行m组预实验，每一组预实验从集合X中初步筛选出满足条件的吸附材料构成第一吸附剂种类集合Xm，其中集合Xm属于集合X。
实验中所采用的吸附装置如图4所示，吸附装置包括进气管1、转接件2、若干气室箱3和若干导气管4；转接件2为中空的多边形棱柱状结构，转接件2顶部与进气管1连通，转接件2侧面与若干导气管4连通，每一导气管4远离转接件2一端均同一气室箱3连通，气室箱3为供容纳待测气体的密闭腔体，每个气室箱3的内腔均对应连接一压力表31，用于观测内腔压力；气室箱3顶部还设有微水进样孔32，使用进样针从微水进样孔中充入微量水分，能够分析吸附剂对微水的吸附性能；进气管1远离转接件2一端呈T型结构，具有两个通孔，其一为真空泵接口，用于与真空泵相连接，对各个气室箱3抽真空处理，同时也能吸收气室箱3中残留的气体杂质，另一为进气孔，用于向各个气室箱3内导入气体；每一导气管4上均设有进气阀41，用于控制待测气体进入气室箱3的流速；复数个气室箱3能够实现对多种吸附剂的同时测试，本实施例中设有8个气室箱，在其他实施方式中，气室箱3的数目和大小可根据所需测定的吸附剂种类数目和质量进行适应性设置，在此不作限定。由于后续吸附实验均采用该吸附装置执行，则后文中对该吸附装置的结构不再赘述。
实验前使用无水乙醇擦拭各吸附装置气室箱内壁，待自然风干后，将能用于实验的吸附剂材料接近等质量的分别放入若干气室箱中(例如放入的每一种吸附剂材料质量为1.0g，吸附剂材料之间的质量误差不超过±0.1g)。再将气罐密封检查装置气密性，将气室抽真空，静置24小时后若气压表示数不发生变化则说明气密性良好，反之需要对气罐进行漏气检查。装置气密性检查完毕后，需要对吸附剂材料进行脱附处理，将装有吸附剂的气罐抽真空，放入40℃温控箱中静置24小时，再使用真空泵对气罐进行一次抽真空处理，这一步的主要目的是去除吸附剂材料内部残留的微量气体杂质，以免影响后续吸附实验结果。充入足量的分解气体所对应的标准气体，至气压表示数为0.3MPa，让吸附剂材料自然吸附36小时。吸附完成后，抽出气室中多余气体，打开气室使用分析天平测量实验后各种吸附剂材料的质量，通过实验前后吸附剂质量可以计算出吸附气体的质量，即吸附剂的质量变化量Δm＝m2-m1，其中m1为吸附实验前吸附剂的质量，m2为吸附实验后吸附剂的质量。当
时，认为所选择吸附剂对预实验中标准气体可能有较好的吸附性能，选出满足条件的吸附剂并将其纳入第一吸附剂种类集合Xm。
表1预实验筛选中不同工况下分解气体对应吸附剂的筛选结果
表1为预实验中不同工况下分解气体所对应吸附剂的筛选结果，不同工况下分解产物气体种类具有一定差异，部分分解产物气体在多种类型的工况中可能同时存在，表1列出了所有类型工况下主要分解产物气体存在情况以及对应吸附剂选择情况，其中“—”表示第i种类型工况下没有对应的吸附质气体。预实验筛选的吸附剂材料纳入第一吸附剂种类集合Xm，其中X1、X2…Xm均是集合X的子集，即从集合X中筛选出满足条件的吸附剂材料构成新的集合Xm，第一吸附剂种类集合Xm中的吸附材料对分解气体所对应的标准气体gm有较好的吸附性能。
(3)标准气体吸附实验筛选
在标准气体吸附实验过程中，通过实验前后标准气体gi浓度减少量评估集合Xi中吸附剂对标准气体gi的吸附性能，每一种标准气体gi进行一组吸附实验，共进行m组实验。将第一吸附剂种类集合Xm中的元素[xm1 xm2 …xmk]，即通过预实验初步筛选出的k种吸附剂材料放入吸附装置中，参考六氟化硫电气设备用吸附剂使用规范，按照类似前述预实验筛选的方法进行本步骤实验，吸附剂质量为气体质量的10％，结合使用气室箱容积和充入气体气压，设置所放入的吸附剂质量约为2.3g。结合实际气体绝缘开关设备运行环境，将分解产物标准气体充入气罐至相对气压为0.2MPa，让吸附剂材料自然吸附36小时。吸附完成后使用采气袋采集一袋标准气体，分别使用气相色谱质谱联用仪和傅里叶红外光谱仪对吸附实验后的气体的浓度进行测量。同时采集实验前的标准气体，使用以上两台仪器对其浓度进行测量，通过实验前后标准气体gm浓度之差计算出被吸附的气体浓度ΔC＝C1-C2，其中C1为实验前气室中标准气体gm浓度，C2为实验后气室中标准气体gm浓度，ΔC为实验前后气室中标准气体浓度变化量。当
时，认为选用的吸附剂xmi(i＝1、2、3…k)对实验中标准气体gm有较好的吸附性能，具有在混合气体中运用的潜力，将满足条件的吸附剂材料组成新的第二吸附剂种类集合
标准气体吸附实验筛选出的第二吸附剂种类集合
均为前述第一吸附剂种类集合Xm的子集，即从初步筛选出的吸附材料集合中更精确的选出吸附性能优异的材料构成新的集合。随后将筛选出的第二吸附剂种类集合
进行下一步混合气体吸附实验。
(4)混合气体吸附实验筛选
在混合气体吸附实验过程中，通过混合气体吸附实验进一步探究吸附剂材料对各种实际工况下混合分解气体的吸附性能，同时探究选用的吸附剂对主要气体成分浓度的影响。每一种工况条件下的混合气体进行一组混合气体的吸附实验，筛选出合适的吸附剂材料组合，有i种类型的工况，需要进行i组混合气体吸附实验。
具体地，假设一种工况条件下需要被吸附处理的分解产物气体有四种，即集合Gi＝[g1 g2 g3 g4]，每种分解产物吸附性能优异的吸附剂材料如表2所示：
表2标准气体所对应的吸附剂
混合气体吸附实验中，基于前述第二吸附剂种类集合
进行进一步筛选，标准气体所对应的吸附剂具有较好的吸附性能，从每一种第二吸附剂种类集合
中选出一种与标准气体相适宜的吸附剂进行组合，第二吸附剂种类集合
中的吸附材料不能重复选择，其组合形式有：x11x21x31x41、x12 x21x31x41、x1k x21x31x41……x1k x2lx3mx4n。所选出吸附材料的质量根据标准气体gi浓度的比例折算设置，例如：选择x11型吸附材料进行组合时，其加入的质量计算公式为
Cgi为分解产物气体gi在混合气体中的浓度，2.3g为装入吸附剂的总质量。根据表2中各种吸附质气体对应的吸附材料集合，组合的种类最多有k×l×m×n种。当然，也会存在一种吸附剂材料对多个分解产物气体吸附性能良好的可能，组合方式可能会重复，使得可能组合类型≤k×l×m×n种，可定义这种吸附材料为多面吸附剂，在计算多面吸附剂放入质量时，可以先按照以上公式计算每个单一分解产物气体中需要的多面吸附剂质量，然后再将计算得到的质量相加，结果为最终需要多面吸附剂的质量。
然后，将上述不同组合的吸附剂材料放入前述吸附装置中，使用步骤(3)中设备对实验前后核心气体和g1、g2、g3和g4分解气体浓度进行测量，核心气体为混合气氛中除分解气体以外的气体组分，且核心气体并没有发生产物分解这一过程，C1x为实验前核心气体成分浓度(x为C4F7N、C5F10O、C6F12O、CO2、N2等)，C2x为实验后核心气体成分浓度，C1y为实验前分解气体浓度(y＝g1、g2、g3和g4)，C2y为实验后分解气体浓度。若有一种或多种吸附剂材料气室中实验前后各气体浓度满足如下条件：
则认为该吸附剂组合方式对核心气体成分浓度影响可忽略，对分解产物气体吸附性能较好，在气体绝缘开关柜中具有一定实际应用前景；其他类型工况条件下的混合气体也按照以上的方式进行混合气体吸附实验，通过制定的标准，找出合适的吸附剂材料组合。多种合适吸附组合方式构成第三吸附剂种类集合Z，Z＝[z1 z2 …zm]，即第i类工况下混合气体Gi吸附性能较好的吸附剂材料组合为Z＝[zi1 zi2 …zim]，有m种合适的组合类型可在实际工程中应用。
(5)建立不同工况下分解气体种类集合Gi与第三吸附剂种类集合Z之间的映射关系，并基于映射关系选择与工况类型、混合气体组成方式相适宜的吸附剂组合方式。其中，所建立的映射关系具体为工况类型、混合气体组成方式和吸附剂组合方式三者之间的一一对应关系，即在知晓工况类型、混合气体组成方式后便可以依据所建立的映射关系，获取与之相适应的吸附剂组合方式，从而完成对吸附剂的筛选。
实施例2
请参阅图3，图3是本发明实施例2中筛选方法的流程图，实施例2主要阐述环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法步骤S5后，某一工况类型及混合气体组成方式条件下没有与之相对应的吸附剂组合方式，即该实施例所描述的是能够直接由步骤S1～S5无法得到吸附剂筛选结果，需要依据分子动力学理论进行筛选的情况，具体步骤如下：
S61，获取每种分解气体的范德华表面以及每种吸附剂的多孔结构，筛选出吸附剂孔径大于分解气体范德华表面的吸附剂材料结构，并纳入吸附剂结构初选集合。
由于吸附剂材料往往具有多孔、高比面积的特点，可以该结构特点对吸附剂进行理论分析。该步骤中，先通过查阅文献统计每种分解气体的范德华表面，再对所有多孔材料结构进行统计，筛选出孔径大于吸附质气体范德华表面的吸附剂材料结构，以便进行下一步仿真计算。
S62，采用Materials studio软件进行仿真实验，搭建分解气体的结构，对吸附剂结构初选集合中的材料结构和分解气体的结构分别进行几何优化，并计算获得吸附剂结构初选集合中的不同吸附剂对单一分解气体的吸附能和吸附量。
本步骤中，采用Materials studio软件进行仿真实验，仿真主要采用Adsorption和Sorption模块，模拟前使用Dmol3模块对搭建的各种吸附质气体的结构并进行几何优化，从晶体数据库中将吸附剂结构初选集合中吸附剂的材料结构导入Materials studio软件，使用Forcite模块对导入的结构进行几何优化。然后将结构优化后的吸附剂材料结构和气体结构分别使用Adsorption模块和Sorption模块搭建气-固吸附模型，温度设置为常温，力场为Dreiding。分别在上述两种模块中计算吸附剂结构初选集合中的不同吸附剂对单一分解气体的吸附能(kcal/mol)和吸附量(个/晶胞)；其中，吸附能的计算公式为E吸附＝E(分子筛+气体体系)-E分子筛-E气体，即吸附后体系的总能量，减去吸附前各自体系能量之和，结果为吸附能；实验吸附量的计算公式为：N实验＝N理论-NAPV孔/RT(V孔＝V晶胞*孔隙率)，N理论为分子动力学理论计算值。
S63，将所得吸附能、吸附量与预设吸附能阈值、预设吸附量阈值进行对照，若吸附剂所对应吸附能绝对值大于或等于预设吸附能阈值，且吸附剂所对应吸附量大于或等于预设吸附量阈值时，将吸附剂纳入吸附剂结构次选集合。
本实施方式中，设定预设吸附能阈值为100kcal/mol，预设吸附量阈值为20个/晶胞；当吸附能绝对值高于100kcal/mol时则认为该种吸附剂材料结构对气体有良好吸附性能，当理论吸附量不低于20个/晶胞时则认为该种吸附剂材料结构对气体有良好的贮存能力，满足上述两个条件时，将该吸附剂纳入吸附剂结构次选集合中，进行下一步混合气体的模拟计算。
S64，采用Materials studio软件模拟并建立不同工况下的混合分解气体吸附模型，并计算获得吸附剂结构次选集合中的不同吸附剂对混合分解气体的吸附能和吸附量，建立吸附剂结构与混合分解气体的吸附能、吸附量之间的对应关系。
本步骤中，根据实际不同工况下混合气体的浓度，设置不同比例混合气体模型，按照前述单一气体计算步骤对混合气体进行相同的计算得到相应的吸附能、吸附量，进一步建立吸附剂结构与混合分解气体的吸附能、吸附量之间的对应关系。
S65，基于上述对应关系，结合预实验筛选、标准气体吸附实验筛选以及混合气体吸附实验筛选三次吸附实验结果，根据对混合分解气体的吸附能、吸附量需求，筛选出与之结构相匹配的吸附剂。
本步骤中，基于上述对应关系，结合步骤S2～S4的三次吸附实验结果，并配合分子动力学理论计算结果，能够理清吸附材料微观构型对气体吸附量的影响；某一工况下对混合分解气体的吸附能、吸附量需求是一定的，由于吸附剂结构与混合分解气体的吸附能、吸附量之间的对应关系，则此时所对应的吸附剂结构也是一定的，通过所对应的吸附剂结构进行匹配操作，从而筛选得到所需要的单一吸附剂或多吸附剂组合方式。当然，在知晓吸附剂结构需求的前提下，也可以指导人工合成想要的吸附剂目标结构，实现高效产品化，对此不做展开论述。
区别于现有技术的情况，本发明提供了一种环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法，通过单一标准气体和不同工况下混合气体吸附实验，获取不同工况下适应吸附混合分解气体的吸附剂组合方式；同时，针对未通过吸附实验筛选出适宜吸附剂的情况，进一步配合分子动力学理论，对适宜的吸附剂再次进行筛选，从而能够获得所有适宜不同工况的吸附剂组合方式，该方法为不同工况下吸附剂的选择提供了依据。
需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法，其特征在于，其步骤包括：
（1）建立筛选集合：建立不同工况下分解气体种类集合，以及原始吸附剂种类集合；
（2）预实验筛选：选取所述原始吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对所述不同工况下分解气体种类集合中每一种分解气体所对应的标准气体进行吸附，根据吸附前后吸附剂的质量变化，筛选出与每一所述标准气体相适宜的吸附剂，并建立为第一吸附剂种类集合；所述标准气体为所述不同工况下分解气体种类集合中某一种分解气体所对应的标准工况条件下的单一组分气体；
（3）标准气体吸附实验筛选：选取所述第一吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对所述不同工况下分解气体种类集合中每一种分解气体所对应的标准气体进行吸附，根据吸附前后气体浓度变化，筛选出与每一所述标准气体相适宜的吸附剂，并建立为第二吸附剂种类集合；
（4）混合气体吸附实验筛选：选取所述第二吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对所述不同工况下分解气体种类集合中不同工况的混合分解气体进行吸附，根据吸附前后核心气体和混合分解气体的浓度变化，筛选出与每一工况下混合分解气体相适宜的吸附剂，并建立为第三吸附剂种类集合；所述核心气体为混合气氛中除分解气体以外的气体组分；
（5）建立所述不同工况下分解气体种类集合与所述第三吸附剂种类集合之间的映射关系，并基于所述映射关系选择与工况类型、混合气体组成方式相适宜的吸附剂组合方式；所述映射关系具体为工况类型、混合气体组成方式和吸附剂组合方式三者之间的一一对应关系；
（6）若根据所述映射关系，某一工况类型及混合气体组成方式条件下没有与之相对应的吸附剂组合方式，则基于分子动力学理论构建模拟吸附剂结构，并结合所述步骤（2）（3）（4）中三次吸附实验结果，筛选出与所述模拟吸附剂结构相适应的吸附剂组合方式。
2.根据权利要求1中所述环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述不同工况下的分解气体种类集合记为Gi，其中每一元素记为gim，并表示第i种类型工况下的第m种分解气体；
所述原始吸附剂种类集合记为X，其中每一元素记为x l ，并表示第l种吸附剂；
其中i、m和l均为大于或等于1的整数，且l ≥ m。
3.根据权利要求2中所述环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法，其特征在于，所述步骤（2）中，选取所述原始吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对所述不同工况下分解气体种类集合中每一种分解气体所对应的标准气体进行吸附，若吸附后吸附剂的质量变化量与吸附前吸附剂的质量之比大于或等于10%，则确定其为适宜吸附某一种所述标准气体的吸附剂，并将其纳入所述第一吸附剂种类集合。
4.根据权利要求3中所述环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法，其特征在于，所述步骤（3）中，选取所述第一吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对所述不同工况下分解气体种类集合中每一种分解气体所对应的标准气体进行吸附，若吸附后所述标准气体的浓度变化量与吸附前所述标准气体的浓度之比大于或等于50%，则确定其为适宜吸附某一种所述标准气体的吸附剂，并将其纳入所述第二吸附剂种类集合。
5.根据权利要求4中所述环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法，其特征在于，所述步骤（4）中，选取所述第二吸附剂种类集合中的每一种吸附剂分别对所述不同工况下分解气体种类集合中不同工况的混合分解气体进行吸附，若吸附后所述核心气体的浓度与吸附前所述核心气体的浓度大于或等于99.9%，并且吸附后所述混合分解气体的浓度变化量与吸附前所述混合分解气体的浓度之比大于或等于50%，则确定其为适宜吸附某一种工况下混合分解气体的吸附剂，并将其纳入所述第三吸附剂种类集合。
6.根据权利要求1中所述环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法，其特征在于，所述步骤（6）中，所述基于分子动力学理论构建模拟吸附剂结构的步骤具体如下：
获取每种分解气体的范德华表面以及每种吸附剂的多孔结构，筛选出吸附剂孔径大于分解气体范德华表面的吸附剂材料结构，并纳入吸附剂结构初选集合；
采用Materials studio软件进行仿真实验，搭建分解气体的结构，对所述吸附剂结构初选集合中的材料结构和分解气体的结构分别进行几何优化，并计算获得所述吸附剂结构初选集合中的不同吸附剂对单一分解气体的吸附能和吸附量；
将所述单一分解气体的吸附能、吸附量与预设吸附能阈值、预设吸附量阈值进行对照，若吸附剂所对应吸附能绝对值大于或等于预设吸附能阈值，且吸附剂所对应吸附量大于或等于预设吸附量阈值时，将吸附剂纳入吸附剂结构次选集合；
采用Materials studio软件模拟并建立不同工况下的混合分解气体吸附模型，并计算获得所述吸附剂结构次选集合中的不同吸附剂对混合分解气体的吸附能和吸附量，建立吸附剂结构与混合分解气体的吸附能、吸附量之间的对应关系；
基于所述对应关系，结合所述预实验筛选、标准气体吸附实验筛选以及混合气体吸附实验筛选三次吸附实验结果，根据对混合分解气体的吸附能、吸附量需求，筛选出与之结构相匹配的吸附剂。
7.根据权利要求1中所述环保型绝缘气体吸附剂的筛选方法，其特征在于，所述步骤（2）（3）（4）中的吸附实验均采用吸附装置执行，所述吸附装置包括：进气管、转接件、若干气室箱和若干导气管；
所述转接件为中空的多边形棱柱状结构，所述转接件顶部与所述进气管连通，所述转接件侧面与若干所述导气管连通，每一所述导气管远离所述转接件一端均同一所述气室箱连通，所述气室箱为供容纳待测气体的密闭腔体；
每一所述导气管上均设有进气阀，用于控制待测气体进入所述气室箱的流速。
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