电工技术学报

填充材料	等效电容/pF
空管	57.63
γ-Al₂O₃	66.55
ZSM-5	82.47
玻璃珠	75.54

填充材料

等效电容/pF

空管

57.63

γ-Al₂O₃

66.55

ZSM-5

82.47

玻璃珠

75.54

填充材料	等效电容/pF
空管	57.63
γ-Al₂O₃	66.55
ZSM-5	82.47
玻璃珠	75.54

填充材料

等效电容/pF

空管

57.63

γ-Al₂O₃

66.55

ZSM-5

82.47

玻璃珠

75.54

编号	反应式	反应势能/(kcal/mol)
①	$Ar + e * → Ar * + e$
②	$SO 2 F 2 + Ar * → SO 2 F 2 * + Ar$
③	$SO 2 F 2 * → SOF 2 + O$	-27.2
④	$SOF 2 + O → SO 2 + 2F$	-61.349
⑤	$SO 2 F 2 → SO 2 + 2F$	-123.779
⑥	$SiO 2 + 4F → SiF 4 + 2O$	-310.916

编号

反应式

反应势能/(kcal/mol)

①

Ar + e * → Ar * + e

②

SO 2 F 2 + Ar * → SO 2 F 2 * + Ar

③

SO 2 F 2 * → SOF 2 + O

-27.2

④

SOF 2 + O → SO 2 + 2F

-61.349

⑤

SO 2 F 2 → SO 2 + 2F

-123.779

⑥

SiO 2 + 4F → SiF 4 + 2O

-310.916

编号	反应式	反应势能/(kcal/mol)
①	$Ar + e * → Ar * + e$
②	$SO 2 F 2 + Ar * → SO 2 F 2 * + Ar$
③	$SO 2 F 2 * → SOF 2 + O$	-27.2
④	$SOF 2 + O → SO 2 + 2F$	-61.349
⑤	$SO 2 F 2 → SO 2 + 2F$	-123.779
⑥	$SiO 2 + 4F → SiF 4 + 2O$	-310.916

编号

反应式

反应势能/(kcal/mol)

①

Ar + e * → Ar * + e

②

SO 2 F 2 + Ar * → SO 2 F 2 * + Ar

③

SO 2 F 2 * → SOF 2 + O

-27.2

④

SOF 2 + O → SO 2 + 2F

-61.349

⑤

SO 2 F 2 → SO 2 + 2F

-123.779

⑥

SiO 2 + 4F → SiF 4 + 2O

-310.916

介质阻挡放电对SF₆降解产物SO₂F₂的无害化处理

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李亚龙 ¹ , 杨照迪 ¹ , 张英 ² , 王明伟 ² , 张晓星 ¹

电工技术学报 | 高电压与放电 2025,40(13): 4180-4188

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电工技术学报 | 高电压与放电 2025, 40(13): 4180-4188

介质阻挡放电对SF₆降解产物SO₂F₂的无害化处理

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李亚龙¹, 杨照迪¹, 张英², 王明伟², 张晓星¹

作者信息

1.湖北工业大学新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心武汉 430068

2.贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵阳 550002

李亚龙男，1989年生，博士，讲师，研究方向为气体放电等离子体和环保绝缘气体应用。E-mail：liyalong@hbut.edu.cn

通讯作者:

张晓星男，1972年生，教授，博士生导师，研究方向为电气设备在线检测与故障诊断、绝缘状态评估、SF₆替代气体及气体放电等离子体等应用。E-mail：xiaoxing.zhang@outlook.com

Dielectric Barrier Discharge on SF₆ Degradation Products SO₂F₂ Free-Pollution Disposal

Yalong Li¹, Zhaodi Yang¹, Ying Zhang², Mingwei Wang², Xiaoxing Zhang¹

Affiliations

1. Hubei Engineering Research Center for Safety Monitoring of New Energy and Power Grid Equipment Hubei University of Technology Wuhan 430068 China

2. Scientific Research Institute of Electric Power Guizhou Power Grid Co. Ltd Guiyang 550002 China

出版时间: 2025-07-10 doi: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.241116

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摘要

收起

该文采用介质阻挡放电（DBD）等离子体协同填充材料对SF₆降解产物SO₂F₂进行降解，探究了γ-Al₂O₃、ZSM-5和玻璃珠在不同输入功率下对SO₂F₂降解的影响规律。实验发现，填充材料的加入可改善体系的放电情况，增强放电电压和放电电流；填充材料还可有效地提高SO₂F₂的降解率和能量效率（降解率：玻璃珠>γ-Al₂O₃>ZSM-5>无填充），改变SO₂F₂的分解路径和产物选择性，使其生成易于处理的SO₂。2%SO₂F₂在流速为150 mL/min、功率为100 W的情况下，使用玻璃珠填充时SO₂F₂的降解率和能量效率分别为99.5%和7.69 g/(kW·h)，SO₂产物含量为9 278.56×10^-4%；在同等实验条件下，ZSM-5填充时SO₂F₂的降解率低于γ-Al₂O₃和玻璃珠填充，但ZSM-5填充时几乎可使SO₂F₂定向分解为SO₂，产物中SO₂的含量可达16 908×10^-4%。

关键词

填充材料 / 介质阻挡放电（DBD） / SO₂F₂降解 / 降解率 / 产物选择性

Abstract

收起

Sulfur hexafluoride (SF₆), which has strong electronegativity and self-recovery, exhibits excellent insulation and arc-extinguishing capabilities and is widely used in the field of power insulation. However, SF₆ is a strong greenhouse effect gas, and its global warming potential is 23 500 times that of CO₂, and its degradation can significantly reduce the pollution and harm of SF₆ to the atmosphere. Then, there are many kinds of toxic and harmful substances in SF₆ degradation products, among which sulfuryl fluoride (SO₂F₂), as the main decomposition product of SF₆, still has the greenhouse effect and huge toxicity and stable nature. The degradation of SO₂F₂ can improve the harmless degradation process of SF₆ and realize the harmless emission of SF₆. At present, many scholars at home and abroad for the treatment of SO₂F₂ waste gas treatment methods mainly include the alkali treatment method, adsorption method, Non-temperature plasma method, etc., in which the Non-temperature plasma method has the advantages of simple structure, ease of control, high efficiency, etc. Still, there is a problem of poor regulation of the product. By filling the catalyst, the degradation rate can be increased and the product selectivity can be improved. In this paper, the degradation of SO₂F₂ by dielectric barrier discharge (DBD) plasma synergistic filling materials was investigated, and the effects of γ-Al₂O₃, ZSM-5, and glass beads on the degradation of SO₂F₂ with different input powers were investigated.
The experimental platform for SO₂F₂ degradation by DBD plasma synergistic filler materials was first constructed. GC-MS was used to quantify SO₂F₂ and its degradation products, and the SO₂F₂ degradation rate and product content were calculated and detected. The experiments found that the addition of filling materials can improve the discharge conditions of the system, enhancing discharge voltage and current. Furthermore, the filling materials can effectively improve the SO₂F₂ degradation rate and energy efficiency (degradation rate: glass beads>γ-Al₂O₃>ZSM-5>no filler), and also change the decomposition path and product selectivity of SO₂F₂ to produce SO₂ that is easy to handle. 2% SO₂F₂ at a flow rate of 150 mL/min and a power of 100 W. As the input power increases, the degradation rate of SO₂F₂ gradually rises, while the energy efficiency shows an overall decreasing trend. With the filling of glass beads, the degradation rate and energy efficiency of SO₂F₂ were 99.5% and 7.69 g/(kW·h), respectively, and the concentration of SO₂ product was 9 278.56×10^-4%, under the same experimental conditions, the degradation rate of SO₂F₂ was lower than that of γ-Al₂O₃ and glass bead filling when ZSM-5 was filled, but the ZSM-5 filling could make SO₂F₂ decompose completely and directionally to SO₂, at which time the content of SO₂ The SO₂F₂ decomposition products are mainly SO₂, SOF₂, SOF₄ and SiF₄, etc. The results of the study show that the SO₂F₂ degradation rate is lower than that of γ-Al₂O₃ and γ-Al₂O₃ filling, but ZSM-5 filling can almost completely directional decomposition of SO₂F₂ to SO₂, at which time the content of SO₂ is 16 908×10^-4%. The results of the study provide reference solutions for the efficient degradation of SO₂F₂ and the harmless treatment of SF₆. The main decomposition products of SO₂F₂ include SOF₂, SO₂, SOF₄, and OF₂. The addition of a catalyst can alter the decomposition pathway of SO₂F₂, facilitating the generation of the more manageable SO₂. The degradation products also contain a significant amount of SiF₄, indicating that etching reactions have occurred.

Key words

Filling material / dielectric barrier discharge (DBD) / degradation of SO₂F₂ / degradation rate / product selectivity

引用本文

李亚龙, 杨照迪, 张英, 王明伟, 张晓星. 介质阻挡放电对SF₆降解产物SO₂F₂的无害化处理. 电工技术学报, 2025 , 40 (13) : 4180 -4188 . DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.241116

Yalong Li, Zhaodi Yang, Ying Zhang, Mingwei Wang, Xiaoxing Zhang. Dielectric Barrier Discharge on SF₆ Degradation Products SO₂F₂ Free-Pollution Disposal[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2025 , 40 (13) : 4180 -4188 . DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.241116

正文

收起

0 引言

收起

六氟化硫（SF₆）是一种无色无味的惰性气体，因其卓越的绝缘性能和灭弧能力被广泛应用于高压电力绝缘领域^[1-3]。但SF₆是一种强温室效应气体，其温室效应潜在值（Global Warming Potential, GWP）约为CO₂的23 500倍，在大气中的寿命为3 200年^[4]。随着“双碳”目标的提出，我国推出减污降碳协同增效等一系列相关准则对温室效应气体进行管控^[5-6]。对SF₆进行降解可极大地减少SF₆对大气的危害，然而SF₆降解产物多种多样（如SO₂F₂、SO₂、SOF₂、H₂S等），且均为有毒有害物质，需要采用碱液对其进行吸收转化处理，其中硫酰氟（SO₂F₂）作为SF₆的重要分解产物之一^[7]，具有较强的温室效应和毒性；此外，SO₂F₂与碱液反应过程缓慢，很难被碱液完全吸收。因此，对SF₆降解产生的SO₂F₂进行二次降解可完善SF₆的无害化处理流程。

目前，国内外针对SO₂F₂废气的处理方法有碱液处理法^[8]、吸附法^[9-10]、低温等离子体法^[11-12]等。其中低温等离子体法因其结构简单、易于控制、效率高等优点，被广泛应用于固氮、CO₂转化、挥发性有机物（Volatile Organic Compounds, VOCs）处理、SF₆降解^[13-18]等废气处理领域，但产物选择性差是等离子体法存在的共性问题。等离子体技术协同催化剂可极大地改善产物的选择性，同时可在一定程度上提高待降解物的降解率和能量效率。催化剂材料可分为单原子催化剂、金属催化剂、分子筛和金属氧化物等。其中分子筛因其多孔结构、较大比表面积等优点被广泛应用于VOCs降解中^[19]。分子筛孔径内大量的吸附位点可使降解分子在等离子体区域内停留更长的时间，近而使降解分子充分分解。王乾浩等^[20]探究了不同Si/Al比的ZSM-5分子筛对CO₂-H₂S重整合成气的影响规律，发现Si/Al比为80的ZSM-5催化剂表现出最优的催化性能，H₂和CO的最高产率分别达到56.1%和10.0%。金属氧化物催化剂因其表面晶格氧而表现出强氧化性，晶格氧在低温等离子体的作用下释放出来形成表面活性氧原子，有助于气体氧化降解^[21]。本课题组探究了γ-Al₂O₃、玻璃珠和ZrO₂对SF₆降解的影响规律^[22-24]，发现玻璃珠参与下SF₆的降解率最高，γ-Al₂O₃次之，但玻璃珠降解产物中主要为SO₂F₂，而在γ-Al₂O₃填充体系下，产物主要为易于处理的SO₂，但仍存在大量SO₂F₂。郑其锋等^[25]探究了石英玻璃球对SO₂F₂脱除效率的影响规律，当放电电压为11.4 kV时，体积分数为0.7%的SO₂F₂气体经过填充石英玻璃球的等离子体反应器处理后，SO₂F₂的脱除效率达到100%，降解产物为SO₂、SiF₄及S，该文主要检测了SO₂F₂的降解率，对SO₂F₂的分解产物和分解机理并无详细分析，且对SO₂F₂的处理效率较低。

为探究对SO₂F₂降解更优异的填充催化剂材料，本文采用ZSM-5、γ-Al₂O₃和玻璃珠作为填充催化剂，协同介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge, DBD）等离子体对SO₂F₂进行降解，计算不同填充材料下的降解率和能量效率，对降解后主要产物的含量进行检测，并分析各填充材料对SO₂F₂降解的作用机理。

1 实验平台与计算方法

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本文搭建的填充床式DBD实验平台如图1所示，主要包括配气系统、DBD电源及反应系统、尾气检测和处理系统。采用GC500型四通道智能动态配气仪控制输入SO₂F₂气体体积分数和流速。本文实验中使用的SO₂F₂气体体积分数为2%，背景气体为Ar，气体总流量为150 mL/min。采用快速傅里叶红外（Fourier Transform Infrared Spectrophotometer, FTIR）光谱分析仪对SO₂F₂气体分解产物进行定性分析，确定分解产物的种类和变化趋势；使用气相色谱质谱联用仪（Gas Chromatography-Mass Spectrometer, GC-MS）对SO₂F₂及其主要分解产物SO₂、SOF₂、SiF₄进行定量检测，分析SO₂F₂的主要分解路径。本文通过李萨如图形法测量DBD的放电功率。

本文采用的γ-Al₂O₃、ZSM-5和玻璃珠均为直径为2.5 mm的球状颗粒。其中玻璃珠成分为99%SiO₂；γ-Al₂O₃为纯度大于92%的活性Al₂O₃；ZSM-5组分为[Na+n(H₂O)₁₆][Al_nSi₉₆-nO₁₉₂]-MFI（mobile five）。

SO₂F₂降解率

R DRE

计算公式为

（1）

R DRE = C in − C out C in × 100 %

式中，

C in

为降解前SO₂F₂体积分数；

C out

为降解反应后SO₂F₂剩余体积分数。

SO₂F₂的能量效率

η EY

（g/(kW·h)）定义为单位输入能量下降解SO₂F₂的质量，计算公式为

（2）

η EY = M SO 2 F 2 3.6 P t × 1000

式中，

M SO 2 F 2

为t时间（h）内降解SO₂F₂气体的质量，g；P为放电功率，W。

2 SF₆降解产物处理

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本文首先探究了SF₆经过DBD降解后降解产物的含量（体积分数）分布（实验条件：气体组成为2%SF₆/ 98%Ar，气体流速为150 mL/min，输入功率为90 W），结果如图2a所示。SF₆降解产物中SO₂F₂和SOF₂含量最高，分别为1 153×10^-4%、1 080× 10^-4%，H₂S和SO₂含量相对较少。为使SF₆无害化排放，需采用碱液对降解后的气体进行处理，本文采用1%NaOH溶液对SF₆的降解尾气进行处理，处理后各气体含量如图2b所示。可发现SOF₂、H₂S、SO₂等产物被有效地处理，而SO₂F₂因性质稳定，不易与碱液反应，经处理后含量仍有889×10^-4%，碱液吸收率仅为22.9%，处理效率较低。为实现SF₆无害化降解，本文采用等离子体协同催化技术对SF₆降解产物SO₂F₂进行二次降解。首先通过第一级反应器使SF₆分解为SO₂F₂、SOF₂、SO₂等物质，经过碱液处理后，气体中剩余不易与碱液反应的SO₂F₂；然后采用等离子体协同催化技术对SO₂F₂进行二次降解，使其转化为易于处理的SO₂；最后碱液处理实现SF₆的无害化降解。关于SF₆的降解技术已开展了较多研究，本文主要研究针对SO₂F₂的二次降解。

3 SO₂F₂降解结果分析

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3.1 电学参数

为了分析不同填充材料下放电体系的放电情况，本文采集了不同填充材料下放电体系的电压和电流。不同填充材料在输入功率为70 W时的电压、电流波形如图3所示。在同一输入功率下，填充材料的加入可有效地提高放电电压和电流，γ-Al₂O₃和ZSM-5填充体系下的放电电压和电流值较为接近，其中γ-Al₂O₃填充体系的放电电压和电流分别为11.99 kV、181 mA；填充玻璃珠后反应体系的放电电压和电流值最大，分别为13.59 kV、210 mA。在空管体系下有明显的细丝放电，γ-Al₂O₃和ZSM-5填充体系下细丝放电显著减少，玻璃珠填充体系下未见明显细丝放电，表明催化剂的加入可改善放电情况，使放电更均匀。

不同填充材料下放电体系的李萨茹图形如图4所示。填充材料的加入使得放电李萨茹图形从空管体系的平行四边形变得接近椭圆形，同时填充材料加入后李萨茹图形面积增大，表明填充材料加入后单个放电周期内的放电功率增加，从而使更多的能量用于活化分解SO₂F₂。填充γ-Al₂O₃和ZSM-5的李萨茹图形面积基本一致，填充玻璃珠的李萨茹图形面积最大，表明在同一输入功率下，填充玻璃珠体系的放电功率最大。不同填充材料体系下绝缘介质等效电容见表1。ZSM-5和玻璃珠填充时放电体系的AB段斜率大于γ-Al₂O₃，这得益于ZSM-5和玻璃珠具有较高的相对介电常数。ZSM-5和玻璃珠填充时放电体系绝缘介质等效电容分别为82.47 pF和75.54 pF，显著高于空管时的57.63 pF。

3.2 降解率和能量效率

不同填充材料下SO₂F₂的降解率和能量效率如图5所示。由图5可知，随着输入功率的增加，不同填充体系下SO₂F₂的降解率均逐渐增加；玻璃珠填充体系下的能量效率呈现先增加后降低的趋势，其余体系下SO₂F₂的能量效率均逐渐下降。这是由于当输入功率由50 W增加到60 W时，玻璃珠体系下SO₂F₂的降解率显著增加，更多的SO₂F₂发生降解导致能量效率增加，而随着输入功率继续增加，SO₂F₂降解率增加缓慢，从而导致能量效率降低；在其他填充材料体系下，随着输入功率的增加，SO₂F₂降解率均缓慢增加，促使SO₂F₂能量效率呈现逐渐降低的趋势。

在输入功率为50~60 W时，γ-Al₂O₃、ZSM-5和玻璃珠填充时的SO₂F₂降解率基本一致；而在输入功率为60~80 W时，γ-Al₂O₃和玻璃珠填充时的降解率显著增加，ZSM-5的降解率缓慢增加。这是由于在低功率时，电子能量密度较低，γ-Al₂O₃中激发态晶格氧较少，降解率较低，当能量密度增加到γ-Al₂O₃中的晶格氧阈值时，大量氧原子被激发，从而促进SO₂F₂分解，使SO₂F₂降解率快速提升；当功率增加到一定值时，玻璃珠填充体系更容易被击穿放电，增加放电功率进而提高SO₂F₂降解率；ZSM-5主要通过自身结构的吸附位点对SO₂F₂进行吸附，并在吸附位点上协同等离子体使其断键分解，分解后的产物在其表面脱吸附，而随着输入功率的增加，吸附位点数量并没有变化，仅放电能量增加，电荷密度增加，进而提高SO₂F₂降解率。在输入功率为100 W时，玻璃珠填充体系下SO₂F₂降解率最高，降解率和能量效率分别为99.5%、7.69 g/(kW·h)。可见，填充材料的加入使SO₂F₂的降解率和能量效率均显著提高。

3.3 产物分析

为了探究SO₂F₂在不同填充材料下的产物种类，本文采用FTIR对不同填充材料下的降解产物进行分析，结果如图6所示。

SO₂F₂分解产物有SOF₂、SOF₄、OF₂、SO₂等。

由图6可知，在四种体系下均出现了SiF₄的吸收峰，但在ZSM-5和玻璃珠体系下SiF₄的吸收峰强度最强。由于本文实验使用的反应器是SiO₂石英玻璃材质，SO₂F₂解离产生的F^-会与SiO₂反应生成SiF₄，而ZSM-5中也含有SiO₂，导致ZSM-5和玻璃珠填充时SiF₄吸收峰强度最高；而在空管和γ-Al₂O₃填充时，仅DBD反应器中的SiO₂参与反应，因此SiF₄含量相对较少。空管体系下，在945.4 cm^-1处还发现了SF₆的吸收峰，这是因为SO₂F₂在断键分解过程中产生的S⁶⁺与F^-结合生成了结构更为稳定的SF₆。而填充其他材料时没有发现SF₆的吸收峰，这是因为S⁶⁺与F^-结合形成SF₆的反应是一个可逆反应，在γ-Al₂O₃填充时，γ-Al₂O₃中的活性晶格氧被激发并与断键生成的S原子反应生成硫氧化合物，从而抑制SF₆的生成；而在ZSM-5和玻璃珠填充时，内部的SiO₂在等离子体放电过程中会参与SO₂F₂的分解反应，阻断S⁶⁺与F^-离子结合形成SF₆。在无填充催化剂体系下，SOF₂在750 cm^-1处的吸收峰强度较强，1 339 cm^-1处的SO₂吸收峰较弱；在γ-Al₂O₃和ZSM-5填充体系下，仅检测到微弱的SOF₂吸收峰，而SO₂吸收峰强度增强，表明填充γ-Al₂O₃、ZSM-5和玻璃珠催化剂后可改变SO₂F₂的分解路径，使其生成更稳定的SO₂。

为了探究SO₂F₂分解后各产物的含量，本文采用GC-MS对降解后气体中的SO₂、SOF₂、SiF₄进行定量分析，结果如图7所示；并分析了SO₂F₂潜在分解过程及其反应势能，见表2。从图7a可知，空管体系下，SO₂F₂的分解产物中SOF₂含量最高，随着输入功率的增加，SO₂、SOF₂含量均逐渐增加，这是由于随着输入功率的增加，产生了更多高能电子与Ar碰撞激发，大量Ar^*和e^*与SO₂F₂碰撞使其激发分解生成SO₂和SOF₂，促进了反应①、②、③、⑤。而填充γ-Al₂O₃、ZSM-5和玻璃珠后，分解产物中主要为SO₂，这是由于填充材料后，SO₂F₂分解更充分，反应③中初步分解产物SOF₂也分解生成性质更稳定的SO₂，促进反应⑤发生，可见填充材料可以改变SO₂F₂的分解路径。此外SO₂F₂直接分解为SO₂需要-123.779 kcal/mol（1 kcal=4.814 kJ），而SO₂F₂先分解为SOF₂再分解为SO₂仅需-88.549 kcal/mol，表明催化剂的加入可降低SO₂F₂分解的反应势能，改变SO₂F₂分解路径。在ZSM-5填充体系下，SO₂的含量更高，在输入功率为100 W时，SO₂含量达到16 908×10^-4%，几乎可使SO₂F₂完全定向分解为SO₂，这得益于ZSM-5的多孔结构，ZSM-5可为SO₂F₂及其分解产物提供更多的吸附位点，使SO₂F₂在等离子体区域内停留时间更长，从而使得SO₂F₂分解更充分。玻璃珠填充下主要产物为SO₂，且SO₂含量随着输入功率的增加而增加。此外，在各填充体系下均检测到大量SiF₄。在空管和γ-Al₂O₃填充体系下，SiF₄含量几乎不随着输入功率的变化而变化，且填充γ-Al₂O₃后SiF₄含量低于空管体系。在空管体系下，SiF₄含量稳定在2 000×10^-4%左右，而γ-Al₂O₃填充时SiF₄含量稳定在1 000×10^-4%左右，这是由于空管体系下等离子体反应主要发生在反应器表面，且反应器内的SiO₂参与SO₂F₂分解反应，反应过程为⑥；γ-Al₂O₃填充时SO₂F₂的分解反应主要发生在γ-Al₂O₃表面，而在DBD反应器表面发生的SO₂F₂分解反应减少，从而使SiF₄含量减少；在ZSM-5和玻璃珠填充时，由于ZSM-5和玻璃珠内部的大量SiO₂参与SO₂F₂的分解反应，促进反应⑥进行，从而使SiF₄含量显著增加。

玻璃珠填充体系下，SO₂F₂的降解率最高，但该体系下易于处理的SO₂含量较少。综合考虑SO₂F₂的降解率、能量效率和各产物含量，ZSM-5填充体系下SO₂F₂的降解效果最优，此时，2%SO₂F₂/98%Ar在输入功率为100 W、气体流速为150 mL/min的实验条件下，SO₂F₂的降解率为86.3%，SO₂的含量为16 908×10^-4%，几乎可使SO₂F₂定向分解为SO₂。

4 结论

收起

本文通过搭建介质阻挡放电实验平台探究了γ-Al₂O₃、ZSM-5和玻璃珠对SO₂F₂降解的影响规律，得到如下结论：

1）填充玻璃珠时，SO₂F₂的降解率和能量效率最高，γ-Al₂O₃和ZSM-5次之。在玻璃珠填充体系下，在输入功率为100 W时，SO₂F₂的降解率和能量效率分别为99.5%和7.69 g/(kW·h)。填充材料的加入可改变放电体系的等效电容，不同材料下介质等效电容大小关系为：ZSM-5>玻璃珠>γ-Al₂O₃>无填充。

2）在输入功率为70~100 W时，SO₂F₂在ZSM-5填充体系下更倾向于生成SO₂，在功率为100 W时，SO₂的含量为16 908×10^-4%，SO₂F₂几乎可定向分解为SO₂。同等实验条件下填充γ-Al₂O₃时SO₂含量为14 078.56×10^-4%。

3）SO₂F₂的主要分解产物为SOF₂、SO₂、SOF₄、OF₂等，加入催化剂可改变SO₂F₂的分解路径，使其生成易于处理的SO₂。在降解产物中还含有大量SiF₄，表明发生了刻蚀反应，其中ZSM-5中的Si元素来自SO₂F₂分解反应。

基金

收起

国家自然科学基金(52307170)
国家自然科学基金联合基金(U24B2096)
湖北省自然科学基金(2023AFB382)
贵州省科技支撑项目(黔科合支撑[2022]一般207)

参考文献

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文献

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参考文献引证文献

排序方式：

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2025年第40卷第13期

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doi: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.241116

接收时间：2024-06-27
首发时间：2025-11-03
出版时间：2025-07-10

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作者

出版历史

收稿日期：2024-06-27
修回日期：2024-07-22

基金

国家自然科学基金(52307170)

国家自然科学基金联合基金(U24B2096)

湖北省自然科学基金(2023AFB382)

贵州省科技支撑项目(黔科合支撑[2022]一般207)

作者信息

1.湖北工业大学新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心武汉 430068

2.贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵阳 550002

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/dgjsxb/CN/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.241116

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

填充材料	等效电容/pF
空管	57.63
γ-Al₂O₃	66.55
ZSM-5	82.47
玻璃珠	75.54

填充材料

等效电容/pF

空管

57.63

γ-Al₂O₃

66.55

ZSM-5

82.47

玻璃珠

75.54

编号	反应式	反应势能/(kcal/mol)
①	$Ar + e * → Ar * + e$
②	$SO 2 F 2 + Ar * → SO 2 F 2 * + Ar$
③	$SO 2 F 2 * → SOF 2 + O$	-27.2
④	$SOF 2 + O → SO 2 + 2F$	-61.349
⑤	$SO 2 F 2 → SO 2 + 2F$	-123.779
⑥	$SiO 2 + 4F → SiF 4 + 2O$	-310.916

编号

反应式

反应势能/(kcal/mol)

①

Ar + e * → Ar * + e

②

SO 2 F 2 + Ar * → SO 2 F 2 * + Ar

③

SO 2 F 2 * → SOF 2 + O

-27.2

④

SOF 2 + O → SO 2 + 2F

-61.349

⑤

SO 2 F 2 → SO 2 + 2F

-123.779

⑥

SiO 2 + 4F → SiF 4 + 2O

-310.916