超临界流体萃取-液相色谱/质谱法测定成人服装中的偶氮染料及其分解产物

偶氮染料作为一种广泛使用的合成染料,在环境中的稳定性和生物降解性较差,会在服装使用和废弃过程中释放出有毒的分解产物,对环境和人体健康造成潜在风险。使用超临界流体萃取-液相色谱/质谱法测定成人服装中的偶氮染料及其分解产物,有利于评估其生态和健康风险,可以提出针对性的环境保护策略,为纺织行业的可持续发展和环境保护提供参考。

SF_(6)/N_(2)混合气体弧后分解产物检测与分析

目前电力行业中SF_(6)/N_(2)混合气体代替纯SF_(6)逐步得到推广,开展SF_(6)/N_(2)混合气体放电分解产物检测对电气设备运行状态评估具有重要意义。为探究SF_(6)/N_(2)混合气体电弧放电分解产物规律,开展了电弧放电实验,提出铜管引气技术并结合气相色谱仪解决了痕量组分难以快速有效检测的技术难题,实现了对SF_(6)/N_(2)混合气体电弧放电后分解产物的定性和定量检测,并利用密度泛函理论对主要分解路径的反应热进行计算,分析分解产物的形成原因和体积分数的变化规律。结果表明,SF_(6)/N_(2)混合气体在电弧放电下分解组分主要有CF_(4)、CH_(4)、CO_(2)、C_(2)F_(6)、SO_(2)F_(2)、SOF_(2)、SO_(2)、NF_(3)和N_(2)O,其中组分SOF_(2)、SO_(2)的生成量最高,NF_(3)和N_(2)O次之,CF_(4)和C_(2)F_(6)生成量最低。并且混合气体中N_(2)比重越大,电弧放电后NF_(3)和N_(2)O两种组分生成量越高,其余组分的生成量越低。NF_(3)和N_(2)O两种组分性质稳定且无毒,可以作为SF_(6)/N_(2)混合气体分解产物的特征组分。

SF_(6)放电分解产物荧光抑制光纤增强拉曼光谱动态高灵敏检测研究

分析SF_(6)放电分解产物组分和含量的动态变化是SF_(6)封闭式组合电器(Gas-Insulated Switchgear,GIS)状态诊断的关键。本文提出荧光抑制光纤增强拉曼光谱(Fiber-Enhanced Raman Spectroscopy,FERS)动态高灵敏检测方法。首先搭建了SF_(6)放电分解产物荧光抑制FERS检测系统,通过结合CCD数字滤波和小孔空间滤波的协同荧光滤波方法,系统信噪比提升228.4%;基于Allan方差分析确定了系统最佳积分时间为220 s。然后在2 bar压强、220 s积分时间下,基于标准混合气体样品分析确定了用于同时定性与定量分析SF_(6)放电分解产物SOF_(2),SO_(2)F_(2),COS,CF_(4),SO_(2),CO_(2),CO的特征拉曼谱峰,并计算得检测下限分别为1.95 ppm,1.78 ppm,0.83 ppm,2.41 ppm,0.93 ppm,2.51 ppm,6.69 ppm。最后通过连续168 h的GIS等比缩小模型局部放电实验证明了上述系统可实现SF_(6)放电分解产物的动态高灵敏检测,且与气相色谱法结果偏差小于±5%。实验结果表明,本文提出的检测方法可为GIS的安全运行提供技术支撑。

SF_(6)断路器模拟烧蚀过程中气体分解产物特性研究

SF_(6)断路器灭弧室中的SF_(6)、微水微氧及固体绝缘材料在电弧作用下会分解重组,生成新的组分气体。为研究SF_(6)断路器完整电寿命周期内,开断电流后各气体分解产物体积分数的变化规律,搭建了断路器全寿命模拟烧蚀试验平台,进行了69次烧蚀试验,测量了烧蚀过程中的电压电流参数和各气体分解产物体积分数。结果表明:SOF_(2)、CF_(4)、SO_(2)为主要产物,SO_(2)F_(2)、SOF_(4)体积分数较低,H_(2)S不能稳定检出;SOF_(2)、CF_(4)、SO_(2)、SO_(2)F_(2)体积分数均随烧蚀次数增加而增加。主要产物中,SOF_(2)和SO_(2)的生成量与电弧能量呈线性关系;CF_(4)生成量与电弧能量之间没有明显规律,其原因可能在于电弧对于固体绝缘材料的烧蚀具有随机性。吸附剂对SOF_(2)与SOF_(4)吸附作用显著,对其余产物未表现出明显的吸附效果。最后提出了通过SO_(2)体积分数评估断路器剩余电寿命的方法。

13X分子筛对C_(4)F_(7)N混合气体碳氟分解产物吸附性能研究

环保绝缘气体C_(4)F_(7)N具有优异的绝缘性能,与缓冲气体CO_(2)混合后具有在气体绝缘设备中运用的潜力。选择合适吸附材料对C_(4)F_(7)N混合气体分解产物吸附处理,可保证环保绝缘气体设备的安全稳定运行。文中通过气体吸附实验探究了13X分子筛对C_(4)F_(7)N混合气体主要4种碳氟分解产物的吸附性能,并分析其对主要气体C_(4)F_(7)N和CO_(2)体积分数的影响。通过观测吸附实验后各碳氟分解产物体积分数变化,进而对13X分子筛关于开断实验后的混合气体吸附性能进行评估。实验结果表明13X分子筛对C_(3)F_(6)和C_(3)F_(8)有较强吸附性能,吸附效率高达89%以上,但对C_(2)F_(6)和CF_(4)吸附能力较差,CF_(4)吸附效果不明显另外,实验后主气成分C_(4)F_(7)N和CO_(2)的体积分数会受到一定影响。混合气体吸附实验中,13X分子筛对C_(3)F_(6)和C_(3)F_(8)表现出一定的吸附能力,但没有单一气体吸附效率高,可以通过增加分子筛的使用量来吸附处理混合气体中C_(3)F_(6)和C_(3)F_(8)分解产物。

基于同位素示踪法的微量O_(2)对电弧放电下SF_(6)分解产物影响的研究

SF_(6)气体绝缘开关设备电弧放电下O_(2)对SF_(6)分解产物具有显著影响,但其影响规律及相关作用机制目前尚不清楚。针对这一问题,文中利用^(18)O_(2)作为示踪剂开展了电弧放电实验,利用GC⁃MS分析了放电过程中和放电后含^(18)O同位素物质的变化规律,明确了电弧放电下SF_(6)分解产物的形成途径及^(18)O_(2)对SF_(6)分解产物的影响,阐明了其深层化学反应机理。结果表明,电弧放电下O_(2)杂质会在不同程度上促进SOF_(2)、SO_(2)、SO_(2)F_(2)、CO_(2)的生成,其中O_(2)主要以分解后的O原子参与SOF_(2)、SO_(2)、CO_(2)的生成反应,以O_(2)分子和分解后的O原子共同参与SO_(2)F_(2)的生成反应。SOF_(2)和SO_(2)F_(2)的生成主要由放电过程中发生的复合反应主导,SO_(2)的生成主要由放电后发生的分子间反应主导,CO_(2)的生成则来自两者的共同作用。

检测SF_(6)分解产物的半导体传感器筛选与识别方法研究

六氟化硫(SF_(6))因其优越的电气性能和化学稳定性成为气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)等高压电气设备的首选绝缘介质。当SF_(6)电气设备内部发生局部放电等故障时,SF_(6)气体会发生分解反应,产生SO_(2)、H_(2)S等物质。而SF_(6)气体分解产物的组分体积分数反映了电气设备的运行状态。因此,监测设备内部的气体组分能够有效评估SF_(6)电气设备的运行状况,从而对设备内部可能的故障起到预警作用。文中通过搭建气敏测试平台,研究来自中日知名传感器制造企业12种商业传感器在SF_(6)背景下对H_(2)S和SO_(2)气体的响应特性,筛选出4种对两种气体选择性最好的传感器,即MP-5、TGS2611、TGS2612和TGS2618。在实验数据的基础上,构建SF_(6)气体分解产物数据集,对比研究K近邻(KNN)、支持向量机(support vector machines,SVM)、朴素贝叶斯(Naive Bayes)、梯度提升(Gradient Boosting)和极限树(Extra Tree)5种分类算法对SF_(6)气体分解产物的识别准确率。结果表明,极限树具有最高的识别准确率(83.33%),采用极限树算法能够有效识别SF_(6)气体的分解产物。

基于氧同位素示踪技术的H_(2)O对SF_(6)电弧放电分解产物的影响研究

SF_(6)分解产物与SF_(6)开关设备故障放电类型和严重程度存在内在联系,可通过分解产物分析实现对开关设备的故障诊断。H_(2)O对SF_(6)电弧放电分解产物具有显著影响,但其影响规律及相关作用机制目前尚不清楚,严重制约了分解产物分析法的工程应用。为解决这一问题,文中搭建了SF_(6)开关设备电弧放电分解产物实验研究平台,利用H_(2)^(18)O作为示踪剂开展了电弧放电实验,利用气相色谱质谱联用仪分析了放电过程中和放电后含^(18)O同位素物质的变化规律,明确了电弧放电下SF_(6)分解产物的形成途径及H_(2)O对SF_(6)分解产物的影响,阐明了其深层化学反应机理。研究发现,H_(2)O会直接参与SOF_(2)、SO_(2)、SO_(2)F_(2)和CO_(2)的生成反应,化学反应机理的不同导致各物质的形成与演化规律具有显著差异。其中,SOF_(2)和SO_(2)F_(2)的生成主要由放电过程中发生的分解反应和复合反应主导,SO_(2)的生成主要由放电后发生的分子间反应主导,CO_(2)的生成则来自两者的共同作用。

分子筛物理结构和化学改性对C_(4)F_(7)N及其分解产物吸附特性的影响

新型环保绝缘介质C_(4)F_(7)N混合气体在长期过热和局部放电条件下会发生分解,部分分解产物不仅影响气体绝缘开关柜稳定运行,还对人身安全造成危害。因此设备内部需要配有吸附材料对分解产物进行吸附处理。分子筛种类繁多且具有离子改性空间,被视为最有潜力处理C_(4)F_(7)N分解产物的吸附材料。本文通过分子动力学计算探究了11种纯硅型分子筛(3种具有笼道结构特征,8种具有孔道结构特征)对C_(4)F_(7)N及其分解产物的吸附等温线及吸附位。然后基于密度泛函理论(DFT)得到了阳离子(H^(+)、Na^(+)、Mn^(2+)和Fe^(2+))改性后ZSM分子筛对C_(4)F_(7)N及其分解产物的吸附能、电子转移以及态密度等参数。分子动力学结果表明,分子筛拓扑结构、气体分子与分子筛窗口尺寸大小等特性是影响吸附过程的重要因素。密度泛函计算结果表明,Mn^(2+)离子和Fe^(2+)离子改性可以有效提升ZSM分子筛对C_(4)F_(7)N分解产物的吸附效果,且吸附过程为化学吸附。吸附时,C_(4)F_(7)N的主要作用位点为C≡N键,C_(2)F_(6)的主要作用位点为C=C双键及F原子,C_(3)F_(8)、C_(2)F_(6)和CF_(4)的主要作用位点为F原子。

C_(4)F_(7)N分解产物(CO、CF_(4)、C_(3)F_(6))与金属相容性理论研究:第一性原理

气体与气室内固体材料的相容性是设备安全运行的关键,现有的研究集中在主绝缘气体与固体的相互作用,而电热故障下分解产物也可能对固体材料性能产生影响。为此建立环保绝缘C_(4)F_(7)N主要分解产物(CO、CF_(4)和C_(3)F_(6))与金属材料(铜、铝)相互作用模型,基于第一性原理计算相互作用能、电荷转移、差分电荷密度等微观参数,从能量和电子结构层面探究分解产物与金属的相互作用机理,进而深入分析相容性。结果表明:CO、CF_(4)、C_(3)F_(6)与Cu(111)的相互作用能分别为-0.552 eV、0.317 eV、0.132 eV,电荷转移量分别为0.231 e、0.006 e、0.156 e,且成键效果均较差,为物理作用,进而表现出良好的相容性;CO以及CF_(4)与Al(111)同样有着很好的相容性,而C_(3)F_(6)与Al(111)界面表现出很差的相容性。因此,从气体稳定性角度来讲,在填充C_(4)F_(7)N-CO_(2)混合气体的绝缘设备气室内可使用铜作为导电材料,并避免C_(4)F_(7)N发生分解,从而更好地确保设备的安全运行。

基于SF_(6)分解产物分类规划的GIS放电故障分析

为提高气体绝缘开关(Gas Insulated Switchgear,GIS)的安全评价能力,在基于机器学习算法的GIS诊断模型的鲁棒特性基础上,研究由阿伦尼乌斯化学反应模型处理的不同故障类型的经验概率函数,利用6种机器学习算法建立放电故障和绝缘缺陷模型,通过学习组成系统中不同气体(SO_(2)、SOF_(2)、SO_(2)F_(2)、CF_(4)、CO_(2)等)体积分数的数据集及其比值来训练识别算法。结果表明,经验概率模型可以有效识别GIS多种绝缘缺陷及其共存状态,SO_(2)F_(2)和SO_(2)体积分数比为4.2是高能放电状态的临界点,对故障预警具有重要意义;在基于高斯分布的GIS绝缘缺陷测试结果图中,y≈0.15的区域是多种放电故障共存的区域,需重点关注。

气体绝缘设备局部放电下SF_(6)分解产物扩散特性研究

气体绝缘设备(GIS)局部放电产生的分解产物在气室内的扩散过程会影响其浓度分布,从而影响故障诊断的准确性。为了研究局部放电下SF_(6)分解产物扩散特性,建立了SF_(6)分解产物检测系统,得到了CO_(2)、CF_(4)和C_(2)F_(6)等分解产物随放电时间和缺陷位置的扩散规律。同时构建了气室三维传质模型,对比研究了分解产物在缺陷位置影响下的扩散特性。结果表明,放电缺陷位置会影响分解产物含量的空间分布。当有机绝缘材料参与放电时,CF_(4)含量随放电时间增长而增加,CF_(4)可以作为设备内部沿面放电的判断依据。C_(2)F_(6)含量随放电时间增长而增加,随扩散距离延长而减少,且产生量很大,C_(2)F_(6)可以作为设备内部局部放电的判断依据。

基于气相色谱法的SF_(6)电气设备分解产物检测技术研究

检测SF_(6)气体分解产物是判断SF_(6)电气设备运行状态的主要手段。对SF_(6)分解产物不同检测方法优缺点进行总结,并对基于气相色谱法的SF_(6)电气设备分解产物检测技术现状进行分析。针对基于气相色谱法的SF_(6)电气设备分解产物检测灵敏度不高的问题,提出提升灵敏度的方法。

基于红外复合光学原理的SF_(6)气体分解产物现场检测方法

为最大化屏蔽光学信号对气体浓度的影响,获得高浓度的SF_(6)气体分解产物,提出基于红外复合光学原理的SF_(6)气体分解产物现场检测方法。选择适宜的复合性光学材料,在初始应用结构的作用下,求取具体的红外成像参数,完成对红外复合光学原理作用方法的初步分析。按需设置微流红外气体传感器,根据SF_(6)分子谱线的分布形式实施对异常峰值的剔除处理,实现基于红外复合光学原理的SF_(6)气体分解产物现场检测方法的设计。对比实验结果表明,在满足红外复合光学原理作用条件的情况下,光学信号不会对气体浓度产生明显影响,这对于获取高浓度的SF_(6)气体分解产物能够起到促进性影响作用。

420kV及以上高压断路器电寿命试验中SF6气体分解产物及其影响研究

断路器承担着切除电力系统短路故障的重要任务,当故障出现时,需要断路器在数十毫秒内开断短路电流,因此断路器的性能对电力系统的安全运行有着重要的影响。SF6气体是高电压等级交流断路器中最常用的灭弧介质,开断短路电流的过程中,SF6会在电弧作用下产生多种分解产物,降低断路器的开断能力。文中通过对5台420kV及以上高压交流断路器开展电寿命试验,对SF6分解产物进行跟踪测量及分析,研究了SO2等分解产物对断路器开断性能的影响。

基于多通光声池的SF_(6)分解产物H_(2)S的高灵敏度检测技术

针对H_(2)S气体在近红外波段的吸收系数低导致检测灵敏度难以提高的难题,提出了基于共振式多通光声池的SF_(6)分解产物H_(2)S气体检测技术。对赫里奥特型多通光声池进行优化设计,激光光束反射次数达到20次。近红外激光经功率放大后入射到多通光声池,通过多次光学反射大幅度提升了光声信号的激发效率,结合声学共振放大技术、光纤放大技术和波长调制-二次谐波检测技术,搭建了一套光声光谱气体检测系统,实现了SF_(6)背景下微量H_(2)S气体的高灵敏度检测。实验结果表明,归一化噪声等效吸收系数为2.23×10^(-9)cm^(-1)·W·Hz^(-1/2),在平均时间为100 s时,该检测系统对H_(2)S气体的检测极限达到2.7×10^(-8)。

火花放电故障下水分对气体绝缘开关设备内部SF_(6)特征分解产物含量的影响作用

SF_(6)绝缘设备中的微量水分作为SF_(6)火花放电分解的反应物之一,会对SF_(6)分解产物分析(DCA)故障诊断方法的准确性造成较大影响。为了研究微量H_(2)O对SF_(6)气体在火花放电下产生的分解特征产物的影响,本文采用针-板模型模拟金属毛刺,开展SF_(6)气体在不同微量H_(2)O含量下的火花放电分解实验,得到了五种特征分解产物的变化特性与规律,在保持O_(2)含量一定的情况下,无论含有多少微量H_(2)O,SF_(6)火花放电分解产物均有CF_(4)、SOF_(2)、SO_(2)、SOF_(4)和SO_(2)F_(2),其含量均随放电时间延长而增加,且放电10 h后,各分解产物含量SOF_(2)>SO_(2)F_(2)>SOF_(4)>SO_(2)>CF_(4),微量H_(2)O越高,对SOF_(2)、SO_(2)F_(2)、SOF_(4)和SO_(2)生成的促进作用越大。

ZSM-5分子筛对C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体及其过热分解产物吸附性能研究

目前,C_(6)F_(12)O环保绝缘介质已在气体开关柜中得到应用,选择合适的多孔材料对C_(6)F_(12)O混合气体分解产物吸附处理,既能保证开关柜的稳定运行,也可为大力推广C_(6)F_(12)O环保气体开关柜的应用提供安全保障。本文通过气体吸附实验探究ZSM-5分子筛对C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体模拟过热故障后分解产物的吸附性能及对两种主要绝缘介质C_(6)F_(12)O/CO_(2)浓度的影响;同时,基于分子动力学仿真模拟吸附过程,计算浓度分布函数、径向分布函数、扩散系数等动力学参数以厘清吸附机理。实验结果表明:模拟过热故障后C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体的主要分解产物为C_2F_6、C_3F_8、C_4F_(10)、C_3F_6、C_3F_7H、C_5F_(12)和C_6F_(14)。ZSM-5分子筛对大部分分解产物都有吸附作用,对C_3F_8、C_4F_(10)、C_3F_7H这3种分解气体吸附性能优异,吸附率均超过80%;对C_2F_6、C_3F_6分解气体有一定的吸附能力,但吸附效果不明显;对C_5F_(12)、C_6F_(14)分解气体基本不吸附。实验前主绝缘介质C_6F_(12)O、CO_(2)浓度较高,ZSM-5分子筛对其浓度影响较小,实验后吸附率分别为1.77%和0.25%。理论计算结果表明:ZSM-5分子筛能够很好地吸附动力学直径与自身孔径相当的气体分子(C_2F_6、C_3F_8、C4F1_0、C_3F_6、C_3F_7H),对于体积过小或过大的气体分子(CO_(2)、CF_4、C5F1_2、C6F1_2O、C_6F_(14))吸附作用不明显。ZSM-5分子筛可用于C_(6)F_(12)O环保绝缘气体开关柜中对分解产物进行吸附处理,以保证设备安全稳定运行;同时,为相关电力防护设备中过滤材料的选择提供参考。

水体中遗弃化武典型毒剂及其分解产物的浓度限值研究进展

1945年,侵华日军在战败前夕将大量化学武器遗留在中国境内,这些武器被称为“日遗化武”。为了安全、环保地处置日遗化武,我国于21世纪初颁布了一系列环境标准,有力促进了日遗化武销毁工作的展开。目前在处理日遗化武过程中又遇到了新的难题,如持久性毒剂分解产物难以测定、环保法规要求的日益严格等。本研究以日遗化武涉及的典型毒剂为主要研究对象,对日本、俄罗斯、美国等国近20年来在销毁相关毒剂的过程中水体毒剂控制浓度的变化情况,以及含量较高、毒性较大的毒剂分解产物的分布、含量与浓度限值情况进行了综述;对比了国内外相关研究的演变和结论,提出我国相应标准的修订建议,以期为进一步完善日遗化武环境标准提供支持。

高压设备绝缘气体分解产物检测系统及方法研究

目前,绝缘气体已成为提升高压电气设备绝缘与灭弧等性能的重要手段,但其潜在的安全风险不容忽视,如何有效分析高压电气设备气体的危害并采取相应的防范措施,一直是业内长期探索的课题。文章简要介绍了失效产生的有害气体对高压设备的破坏,探讨了基于移动质谱技术的高压设备绝缘气体分解产物检测系统,研究了检测系统的性能评估与分析,以期为降低有害气体对环境的影响奠定基础。