一种CuBTC/PAN复合纳米纤维吸附膜及其制备方法和应用与流程

本发明属于三氟化氮和硫酰氟捕集分离，具体涉及到一种cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、六氟化硫(sf6)气体是一种无色、无味、无毒和不燃的惰性气体，其优良的绝缘性能和灭弧性能在电力工业中得到了广泛应用。其中，气体绝缘组合开关设备具有易于维护、使用寿命长、占地面积小的优点，因此被广泛应用于超高压电力系统中。

2、sf6在实际运行中，常与n2混合使用。但在长期高压运行下，设备内部可能发生放电或过热故障，直接引起sf6气体产生不同程度的分解，并与微量氧和水分反应，形成二氧化硫(so2)、三氟化氮(nf3)、氟化亚硫酰(sof2)和硫酰氟(so2f2)等分解产物，致使sf6气体的绝缘强度下降，危害电力系统的稳定性，而且如果这些有毒气体产品直接排放到大气中，也会对人体健康构成威胁。因此，为保障设备长久运行，对sf6/n2混合气体的分解组分的废气处理至关重要。

3、其中，目前电力行业所用吸附材料主要为金属氧化物(如活性氧化铝)、活性炭(纤维)、沸石/碳分子筛等，但是存在吸附效果不好导致气体介质绝缘性能下降和增大设备占地面积等一系列问题，无法满足当前吸附sf6/n2混合气体分解组分so2f2和nf3的使用需求。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜的制备方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜的制备方法，其特征在于：包括，

5、铜盐与二甲基亚砜混合后加热搅拌得到金属盐溶液；

6、有机物配体与金属盐溶液加热搅拌、分离、洗涤、加热、干燥得到cubtc沉淀；

7、聚丙烯腈与二甲基甲酰胺混合后得到淡黄色透明粘稠液，进行静电纺丝得到聚丙烯腈纳米纤维膜；

8、cubtc沉淀与异丙醇混合后冰浴超声分散得到深蓝分散液；

9、将深蓝分散液喷涂在聚丙烯腈纳米纤维膜表面后烘干得到所述cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜。

10、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述铜盐包括氯化铜、硝酸铜和醋酸铜中的一种或多种。

11、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述有机物配体为均苯三甲酸。

12、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述有机物配体与金属盐溶液的添加比例为1～1.5：2.5～3。

13、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述聚丙烯腈与二甲基甲酰胺的添加比例为1～1.2：0.8～1。

14、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述静电纺丝的条件为在18kv电压下以2ml/h的流速进行静电纺丝，滚筒收集器转速设置为160r/min，往复移动平台移速设置为900mm/min，针头与滚筒间距设置为15cm，使用锡箔纸作为接收基底，纺丝环境温度控制在25℃，相对湿度控制在30％，时间为7.5h。

15、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述cubtc沉淀与异丙醇的添加比例为0.8～1.2：18～22。

16、本发明的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜的制备方法制得的cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜。

17、作为本发明所述cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜的一种优选方案，其中：所述cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜在150kpa、298k的环境下对于so2f2单气体的吸附量为17mmol/g、nf3单气体的吸附量为10mmol/g。

18、作为本发明所述cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜的一种优选方案，其中：所述cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜对相同浓度的so2f2和nf3混合气体可以达到对so2f2的吸附量为12mmol/g，nf3的吸附量为3mmol/g。

19、本发明的另一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜在吸附六氟化硫和氮气混合气体的分解产物中的应用。

20、本发明有益效果：

21、(1)本发明制备的金属有机框架cubtc和多孔基材相互协同所形成的复合纤维膜具有更大的比表面积、更多的金属活性位点等优点。其中，cubtc为多孔结构，具有良好的吸附性能，并且多孔基材相互交织具有高比表面积和较大的孔隙度不仅为cubtc提供了更多的接触位点，促进了对气体分子的吸附，进而加快了cubtc作为敏感材料与气体分子之间的电子交换速度，还有助于气体分子的渗透和扩散，从而显著改善吸附材料的气敏性和吸附效果等性能。此外，将金属有机骨架与易于加工的纳米纤维材料相结合可形成特定结构易于集成，即具有优良的加工潜力与机械性能。

22、(2)本发明制备的吸附材料在模拟检测中在150kpa、298k的环境下对于so2f2单气体能达到17mmol/g的吸附量、nf3单气体可以达到10mmol/g的吸附量，在相同条件下对50mmol/g的so2f2和nf3混合气体可以达到对so2f2有12mmol/g的吸附量对nf3有3mmol/g的吸附量，符合对sf6/n2混合气体分解组分so2f2和nf3有更好吸附效果的需求。

技术特征：

1.一种cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜的制备方法，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铜盐包括氯化铜、硝酸铜和醋酸铜中的一种或多种；铜盐与二甲基亚砜的质量比为1～1.2：3.2～4。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机物配体为均苯三甲酸；有机物配体与金属盐溶液的添加比例为1～1.5：2.5～3。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯腈与二甲基甲酰胺的添加比例为1～1.2：0.8～1。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述静电纺丝的条件为在18kv电压下以2ml/h的流速进行静电纺丝，滚筒收集器转速设置为160r/min，往复移动平台移速设置为900mm/min，针头与滚筒间距设置为15cm，使用锡箔纸作为接收基底，纺丝环境温度控制在25℃，相对湿度控制在30％，时间为7.5h。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述cubtc沉淀与异丙醇的添加比例为0.8～1.2：18～22。

7.权利要求1～6所述的制备方法制得的cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜。

8.如权利要求7所述的cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜，其特征在于：所述cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜在150kpa、298k的环境下对于so2f2单气体的吸附量为17mmol/g、nf3单气体的吸附量为10mmol/g。

9.如权利要求8所述的cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜，其特征在于：所述cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜对50mmol/g的so2f2和nf3混合气体对so2f2的吸附量为12mmol/g，nf3的吸附量为3mmol/g。

10.如权利要求9所述的cubtc/pan复合纳米纤维吸附膜在吸附六氟化硫和氮气混合气体的分解产物中的应用。

技术总结
本发明公开了一种CuBTC/PAN复合纳米纤维吸附膜及其制备方法和应用，包括，铜盐与二甲基亚砜混合后加热搅拌得到金属盐溶液；有机物配体与金属盐溶液加热搅拌、分离、洗涤、加热、干燥得到CuBTC沉淀；聚丙烯腈与二甲基甲酰胺混合后得到淡黄色透明粘稠液，进行静电纺丝得到聚丙烯腈纳米纤维膜；CuBTC沉淀与异丙醇混合后冰浴超声分散得到深蓝分散液；将深蓝分散液喷涂在聚丙烯腈纳米纤维膜表面后烘干得到所述CuBTC/PAN复合纳米纤维吸附膜。本发明符合对SF<subgt;6</subgt;/N<subgt;2</subgt;混合气体分解组分SO<subgt;2</subgt;F<subgt;2</subgt;和NF<subgt;3</subgt;有更好吸附效果的需求。

技术研发人员：张英,邓棋宸,王邸博,余鹏程,许逵,钟尧,李欣,陈林,卢兴福,朱石剑,欧阳泽宇,罗颜,杨伟鸿,付胜军,范强,刘君
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/18