一种铋基化合物在光催化降解六氟化硫中的应用及光催化降解六氟化硫的方法与流程

本发明涉及材料，具体涉及一种铋基化合物在光催化降解六氟化硫中的应用以及光催化降解六氟化硫的方法。

背景技术：

1、近年来，能源，经济，环境和气候变化已成为全球重大问题。六氟化硫是全球主要的温室气体之一，化学性质稳定，能在大气中存在长达3200年，温室效应潜能约为同等数量二氧化碳的23900倍。现阶段，六氟化硫具有不可替代的出色的电绝缘和灭弧特性，可广泛应用于高压输电等领域，决定其不可避免的被大量生产、排放、泄露。因此，控制六氟化硫的排放和找到一种降解六氟化硫的方法至关重要。目前处理六氟化硫的方法有吸附、光降解、热分解、等离子体法和催化分解等多种方法，其中光催化分解法的催化剂只能在真空氛围下降解六氟化硫，这样极大阻碍了降解六氟化硫催化剂的实际应用。因此有必要开发一种节能环保，且能在一般空气气氛下降解六氟化硫的催化材料。

2、铋基aurivillius化合物是一种无毒、无腐蚀性、成本相对较低的窄带隙材料。aurivillius化合物能形成二维形貌，这是开发高表面积纳米光催化剂的一个主要优势。特别是那些具有aurivillius型层状结构的材料，可以在其内部产生静电场，从而有效地促进光生载流子的分离和转移。例如，碳酸氧铋是一种杰出的铋基aurivillius化合物半导体材料。具有独特的层状结构和良好的物理化学性质，利用光生电荷载体进行光催化反应，发挥着光催化剂的作用。它在200-400nm范围内具有紫外光吸收，在光催化领域具有广泛的适用性。此外，作为一种商业试剂，碳酸氧铋具有易于大批量合成和低成本的特点，为工业规模的采用奠定了基础。但是，目前并未有将其用于催化六氟化硫降解的报道。

3、公开号为cn117960168a的中国专利申请文献公开了一种能光催化转化六氟化硫的氧化锌超薄纳米片、制备方法和应用，制备方法包括：将十二烷基苯磺酸钠溶于水和乙醇的混合溶剂中，加入氯化锌，在10～18℃下一次搅拌，再加入四甲基氢氧化铵水溶液、水和乙醇的混合溶剂，在10～18℃下二次搅拌，将产物固液分离、洗涤、干燥，在600～800℃的空气氛围下煅烧。其采用简单的沉淀法制备了氧化锌超薄纳米片，其形貌均一，物相纯正，能作为光催化剂并光催化转化六氟化硫为1-氟丙烯；与传统的光热降解sf6方法相比，以合成的氧化锌超薄纳米片为催化剂，其催化能力强、耗能低、性能优异，在常压下就能简单、稳定的转化sf6气体，环境友好且可持续；但是其公开的催化剂为氧化锌，种类单一，且采用的为纯六氟化硫气体。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何光催化降解低浓度的六氟化硫。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：

3、一种铋基化合物在光催化降解六氟化硫中的应用，所述铋基化合物为碳酸氧铋、钨酸铋、碳酸氧铋混合物、铋基异质结中的一种；所述碳酸氧铋混合物为na2s、na2so3、na2s2o3、nai中的一种或多种与碳酸氧铋的混合物；所述铋基异质结由含硫化钠、nai、na2so3、na2s2o3中的一种或多种的溶液与碳酸氧铋混合搅拌后干燥而成。

4、优选地，以铋基化合物为催化剂，以水和有机溶剂为混合溶剂，以牺牲剂与六氟化硫为原料进行反应得到氟化产物。

5、优选地，在铋基异质结中，na2s、na2so3、na2s2o3、nai中的一种或多种、碳酸氧铋的用量比为0.002-0.02mol：1g；在碳酸氧铋混合物中，na2s、na2so3、na2s2o3、nai中的一种或多种、碳酸氧铋的用量比为0.5-1mmol：30mg。

6、优选地，所述搅拌的温度为室温，时间为1h。

7、硫原子的加入可以形成硫化铋异质结加速反应的进行。

8、本发明还提出一种光催化降解六氟化硫的方法，包括以下步骤：将所述的铋基化合物、混合溶剂和牺牲剂混合，通入六氟化硫气体，在光照条件下进行反应；其中，所述混合溶剂为水和有机溶剂的混合物。

9、优选地，水和有机溶剂的体积比为1:4。

10、优选地，所述牺牲剂为三乙醇胺、乙醇胺、甲醇、苯甲醇、抗坏血酸中的一种或多种的混合物；所述有机溶剂为thf(四氢呋喃)、dmso(二甲基亚砜)、乙腈中的一种或多种的混合物。

11、优选地，若牺牲剂为液体，所述铋基化合物、牺牲剂的用量比为30-135mg：0.5ml，混合溶剂与牺牲剂的体积比为5：1；若牺牲剂为固体，所述铋基化合物、牺牲剂的用量比为30-135mg：0.5mmol，混合溶剂与牺牲剂的用量比为2.5ml：0.5mmol。

12、优选地，所述六氟化硫气体为六氟化硫和填充气体的混合气体，且六氟化硫的体积浓度为3～10vol.％；所述反应的温度为室温，光源包括led紫外灯、氙灯中的一种或两种。

13、优选地，所述填充气体为氩气、空气、氮气、氧气中的一种或多种的混合物。

14、优选地，光照的光源为50w、365nm的led紫外灯。

15、本发明的优点在于：

16、(1)本发明的铋基化合物催化材料，以铋作为活性位点中心，可选择硫化物负载形成硫化铋异质结，通过简单的物理混合方法可制备而得，无需烧结，工艺简单，加工成本低，适合大规模生产。

17、(2)本发明的催化材料对六氟化硫具有优越的降解能力，且基本不会产生有毒气体，符合环保理念。

18、(3)本发明的催化材料可用50w低功率led紫外灯，且无需外加热源，符合节能理念。

19、(4)本发明的催化材料可以在空气气氛下降解六氟化硫，区别于以往需要在真空下降解的技术，十分符合实际情况，有巨大的实用潜能。

技术特征：

1.一种铋基化合物在光催化降解六氟化硫中的应用，其特征在于：所述铋基化合物为碳酸氧铋、钨酸铋、碳酸氧铋混合物、铋基异质结中的一种；所述碳酸氧铋混合物为na2s、na2so3、na2s2o3、nai中的一种或多种与碳酸氧铋的混合物；所述铋基异质结由含硫化钠、nai、na2so3、na2s2o3中的一种或多种的溶液与碳酸氧铋混合搅拌后干燥而成。

2.根据权利要求1所述的铋基化合物在光催化降解六氟化硫中的应用，其特征在于：以铋基化合物为催化剂，以水和有机溶剂为混合溶剂，以牺牲剂与六氟化硫为原料进行反应得到氟化产物。

3.根据权利要求1所述的铋基化合物在光催化降解六氟化硫中的应用，其特征在于：在铋基异质结中，na2s、na2so3、na2s2o3、nai中的一种或多种、碳酸氧铋的用量比为0.002-0.02mol：1g；在碳酸氧铋混合物中，na2s、na2so3、na2s2o3、nai中的一种或多种、碳酸氧铋的用量比为0.5-1mmol：30mg。

4.根据权利要求1所述的铋基化合物在光催化降解六氟化硫中的应用，其特征在于：所述搅拌的温度为室温，时间为1h。

5.一种光催化降解六氟化硫的方法，其特征在于：包括以下步骤：将如权利要求1-4中任一项所述的铋基化合物、混合溶剂和牺牲剂混合，通入六氟化硫气体，在光照条件下进行反应；其中，所述混合溶剂为水和有机溶剂的混合物。

6.根据权利要求5所述的光催化降解六氟化硫的方法，其特征在于：所述牺牲剂为三乙醇胺、乙醇胺、甲醇、苯甲醇、抗坏血酸中的一种或多种的混合物；所述有机溶剂为thf、dmso、乙腈中的一种或多种的混合物。

7.根据权利要求5所述的光催化降解六氟化硫的方法，其特征在于：若牺牲剂为液体，所述铋基化合物、牺牲剂的用量比为30-135mg：0.5ml；混合溶剂与牺牲剂的体积比为5：1；若牺牲剂为固体，所述铋基化合物、牺牲剂的用量比为30-135mg：0.5mmol；混合溶剂与牺牲剂的用量比为2.5ml：0.5mmol。

8.根据权利要求5所述的光催化降解六氟化硫的方法，其特征在于：所述六氟化硫气体为六氟化硫和填充气体的混合气体，且六氟化硫的体积浓度为3～10vol.％；所述反应的温度为室温，光源包括led紫外灯、氙灯中的一种或两种。

9.根据权利要求8所述的光催化降解六氟化硫的方法，其特征在于：所述填充气体为氩气、空气、氮气、氧气中的一种或多种的混合物。

10.根据权利要求5-9中任一项所述的光催化降解六氟化硫的方法，其特征在于：光照的光源为50w、365nm的led紫外灯。

技术总结
本发明公开了一种铋基化合物在光催化降解六氟化硫中的应用以及光催化降解六氟化硫的方法，铋基化合物为碳酸氧铋、钨酸铋、碳酸氧铋混合物、铋基异质结中的一种；碳酸氧铋混合物为Na<subgt;2</subgt;S、Na<subgt;2</subgt;SO<subgt;3</subgt;、Na<subgt;2</subgt;S<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、NaI中的一种或多种与碳酸氧铋的混合物；铋基异质结由含硫化钠、NaI、Na<subgt;2</subgt;SO<subgt;3</subgt;、Na<subgt;2</subgt;S<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;中的一种或多种的溶液与碳酸氧铋混合搅拌后干燥而成。本发明的化合物以金属铋原子作为活性位点中心，可促进六氟化硫的吸附；原位形成的物质会与本体材料形成异质结提升光降解活性。本发明与传统的需要真空的技术相比更符合实际情况，有巨大的实用潜能，该方法所用材料无需烧结，工艺简单，加工成本低。

技术研发人员：赵跃,周文慧,董博旭,郭洪燃,思子棋,马凤翔,朱姗,宰建陶,钱雪峰
受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/10