用于旧变压器油再生的新型纸基复合吸附材料及其性能

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变压器是输变电系统的“心脏”,绝缘变压器油是变压器的“血液”。变压器油使用过程中因老化产生有害杂质会导致变压器绝缘击穿,造成安全事故。废变压器油作为危险废物必须安全处置,因此,开展废旧变压器油杂质高效脱除实现其循环再利用是一个研究热点课题。目前,工业上常用的废旧变压器油再生技术方法是初效过滤+吸附深度脱,但现有吸附材料存在吸附容量低,选择性差,吸附床阻力大等瓶颈问题。针对以上问题,本文研究一种对变压器油中典型有害物-邻苯二甲酸二丁酯(DBP)塑化剂具有高吸附容量和选择性的改性吸附材料,并研究制备一种用于旧变压器油中有机杂质深度脱除的新型纸基复合吸附材料。本文的研究具有重要的研究意义和应用价值。本文以邻苯二甲酸二丁酯(DBP)塑化剂为研究对象,基于软硬酸碱理论,设计一系列改性吸附材料,并研究其对DBP的吸附相平衡和动力学,脱附活化能和吸附机理。研究表明:常温下木质活性炭对DBP吸附量为12.69 mg/g,而金属盐改性活性炭Fe/AC、Co/AC和Ag/AC的DBP吸附量分别为18.25、16.02和13.63 mg/g,其中Fe/AC为原始木质活性炭吸附量的1.44倍,表现出优异的吸附性能。同时,DBP在三种改性材料上的吸附等温线均符合Freundlich模型,吸附动力学均符合拟二级动力学模型。三种改性吸附材料对DBP吸附活化能和吸附作用力大小顺序为:Fe/AC>Co/AC>Ag/AC,与实验值相一致。采用软硬酸碱理论阐明了改性材料与DBP吸附作用力存在差异的原因。这一改性策略对于针对塑化剂脱除的吸附剂材料的设计具有重要的指导意义,这是本文的创新之处。本文采用三层湿法抄纸制备一种兼具过滤+吸附功能的新型纸基复合材料,优化了制备条件,并评价了其对某电力局110 k V旧变压器油中杂质脱除的性能。新型纸基复合材料为典型三明治结构,中间层为吸附层,上下两层为过滤层。最佳制备条件是:上下两层纤维定量为50 g/m~2,中间层纤维定量为125 g/m~2,吸附剂定量为375 g/m~2,活性炭、硅藻土和硅胶吸附剂的最佳配比为2:1:2,粒径为75~125μm;胶黏剂为1 wt%纤维的CPAM和0.8 wt%纤维的PAE。制备的纸基复合材料对旧变压器油具有显著的净化效果,旧变压器油净化处理后介质损耗因素为0.018%,体积电阻率为6.365×1011Ω·m,相较于商业吸附滤板,其介质损耗因素下降至0.375倍,体积电阻率上升至1.33倍。研究进一步发现:纸基复合材料对旧变压器油中主要杂质-氨基比林脱除效果优异,这是由于纸基复合材料中的硅藻土和硅胶表面具有大量酸性位点,其对碱性氨基比林分子具有较强吸附作用力。此外,纸基复合材料中的活性炭具有大中孔结构,利于氨基比林分子进入活性炭孔道形成有效表面吸附。以某电力局550 kV旧变压器油为研究对象,研究了高强度纸基复合材料的吸附过滤性能和环境耐受性。研究表明:高强度纸基复合吸附材料对旧变压器油具有优异的净化性能,相对于商业吸附滤板,净化后的旧变压器油中的铜离子含量下降45.76%,介质损耗因素下降25.71%,体积电阻率上升23.47%。在0.05MPa负压下,使用纸基复合材料过滤300 m L变压器油需27 min,而商业吸附滤板过滤需要约55 min,吸附过滤效率明显提高。纸基复合材料在常温、60℃和酸性的变压器油中浸渍一周后,纸基复合材料耐破度仅分别下降9.92%、29.34%和26.02%,具有较好的环境耐受性。纸基复合吸附材料综合性能优异,适用于旧变压器油的杂质深度脱除。
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