[发明专利]具有选择性吸水性能的层状复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸水材料，具体涉及具有选择性吸水性能的层状复合材料。同时，本发明还涉及了该层状复合材料的制备方法和应用。

背景技术

SF₆电气设备在电力行业得到了广泛应用。为保障SF₆电气设备安全稳定运行，在设备气室中通常放置了一定量的吸附剂，如4A型、5A型、13X型、KDHF-03等分子筛和活性氧化铝等，用以深度吸附SF₆气体中的水分。但由于这些吸附剂选择性较差，在吸附水分的同时通常也会吸附用于电气设备潜伏性故障诊断的多种局部放电特征分解气体，给SF₆电气设备状态诊断造成很大困难。因此，有必要开发新型的选择性吸水材料，在高效吸附水分的同时大幅降低其对特征分解气体的吸附作用。然而，目前尚未见国内外研究机构对此开展研究。

层状化合物是一类具有特殊结构的化合物，其层状主体是由二维层状结构单元按照一定顺序排列组合而成的，层板上各原子之间通过很强的相互作用力（一般为共价键）链接成单层平面，而层板间的原子则以较弱的分子间作用力（范德华力和静电引力）相连接。这个特殊的性质是制备层状复合材料的前提，可在此基础上从分子动力学大小和化学特性两方面对其进行改性处理以提高复合材料对水分子的选择性吸附性能。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种具有选择性吸水性能的层状复合材料，该层状复合材料由层状吸附材料经插层改性而得，其层板之间具有空间位阻效应，降低了SO₂F₂、SO₂、SOF₂等SF₆特征分解组分在层状吸附材料中的扩散与吸附，但对水具有选择性吸附能力，因而该层状吸附材料在吸附去除SF₆电气设备中水分的同时，不影响SF₆特征分解组分的组成，有利于提高检测特征分解组分的准确性和诊断设备故障。

本发明的目的之二在于提供上述具有选择性吸水性能的层状复合材料的制备方法。

本发明的目的之三在于提供上述具有选择性吸水性能的层状复合材料的应用。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案来实现：一种具有选择性吸水性能的层状复合材料，以层状吸附材料为主体，所述层状吸附材料的相邻层板间具有插层分子，所述插层分子由插层改性方法引入，所述插层分子使相邻层板间的层间距增加，所述层间距与插层分子构成综合空间位阻效应，使所述层状复合材料只选择性对水进行吸附，降低SF₆特征分解组分的扩散与吸附。

层状吸附材料的层板之间以较弱的作用力连接，在一定的条件下，客体分子可以在不破坏层板结构的前提下克服这种弱相互作用力插入到层板间空隙中，因此可引入插层分子。层板之间引入插层分子后，层间距随着插层分子的大小而改变，层间距和插层分子构成了综合空间位阻效应，若分子的动力学直径和改性的层间距相当且可以克服插层分子所形成的空间位阻效应，则可被复合材料吸附富集，反之则不然。由于SO₂F₂、SO₂、SOF₂等SF₆特征分解组分不满足上述要求，因此层间距和插层分子构成了综合空间位阻效应有效降低了SO₂F₂、SO₂、SOF₂等SF₆特征分解组分在层状复合材料中的扩散与吸附，在吸附去除SF₆电气设备中水分的同时，设备中的SF₆特征分解组分的组成不发生变化，有利于提高检测特征分解组分的准确性和诊断设备故障。

所述层状复合材料的层板间的层间距（d）由插层分子的大小决定。但是若层间距离较小，对水分子的扩散阻力增加；若层间距离过大，对分子动力学直径较大的分子的吸附容量增加，吸附选择性降低，因此在本发明中应控制d＜1 nm。

所述层状吸附材料为阳离子型层状化合物或阴离子型层状化合物。这两类化合物层板上由特定的结构单元通过公用角、边、面形成的空间网络结构，层与层之间却存在着可自由移动的带电荷的离子。这两类层状化合物具有两个特殊的性质：（1）在不改变层板结构的前提下，同电性的离子在一定条件下能与层间原有离子自由交换；（2）离子交换后产物的层间距随着层间离子的大小而改变，且离子交换后产物的稳定性较高。