本发明涉及无机材料，更具体地，涉及一种铝空位缺陷化氮化铝及其制备方法和应用。
背景技术：
1、随着城市建设的发展，城市人口越加密集，用电量也急剧增加，高压变电站已直接搭建在城市中心及高层建筑中。为了保证城市建设和居民安全，对高压变电站的安全性、可靠性、设备的不可燃性和低噪声等提出了更高要求，且尤为注重高压变电站的防火问题。在高压变电站中，使用的传统的大容量油浸变压器油量大，一旦着火，将带来不可预估的损失。因此，研制防火性能好的不可燃变压器迫在眉睫。
2、气体绝缘变压器(gas-insulated transformer，简称git)是以气体作为绝缘介质的变压器，是一种不可燃变压器，由于具有优越的防火、防爆和防潮性能、以及优良的电气绝缘特性和无污染等优点而广受青睐。气体绝缘变压器最初以sf6气体作为绝缘介质，但因其是一种很强的温室气体，且对环境不友好，而遭到限制，所以开发了环境友好型气体全氟异丁腈(c4f7n)作为气体绝缘变压器的绝缘介质。
3、由于在气体绝缘变压器内部不可避免地会出现绝缘缺陷等潜伏性故障，引发局部放电，导致气体绝缘介质全氟异丁腈(c4f7n)在电弧作用下分解产生大量的低绝缘强度产物，比如：三氟乙腈(cf3cn)、四氟化碳(cf4)和六氟乙烷(c2f6)等等；其中，三氟乙腈(cf3cn)不仅是一种剧毒气体，而且其存在容易导致气体绝缘变压器发生故障，所以，需要及时对三氟乙腈(cf3cn)进行吸附处理。
4、因此，开发一种对三氟乙腈具有吸附效果的铝空位缺陷化氮化铝的制备方法，具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种对三氟乙腈具有吸附效果的铝空位缺陷化氮化铝及其制备方法和应用。
2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
3、第一方面，本发明提供了一种铝空位缺陷化氮化铝的制备方法，包括：
4、在惰性气体环境中，在200-220℃反应温度条件下，用al2o3溶胶溶液冲洗氮化铝(aln)进行反应，然后烧结，即得铝空位缺陷化氮化铝；
5、所述al2o3溶胶溶液的溶剂含水。
6、本发明的制备方法，通过惰性气体环境的保护并控制反应温度，使al2o3溶胶溶液和氮化铝反应生了对三氟乙腈具有吸附效果的铝空位缺陷化氮化铝。
7、具体地，本发明通过惰性气体环境的保护并控制反应温度，使al2o3溶胶溶液中水的氧(o)进入氮化铝(aln)的晶格中与al结合形成氧化铝(al2o3)并溶解进入al2o3溶胶溶液中，使氮化铝(aln)出现铝空位，得到铝空位缺陷化氮化铝；同时，由于al2o3溶胶溶液中含有大量al2o3而能够抑制氮化铝(aln)中大量的al与o结合溶解进入al2o3溶胶溶液中，防止氮化铝(aln)中流失大量al。
8、在本发明中，含有铝空位的铝空位缺陷化氮化铝通过与氰基(-cn)结合可吸附分子直径小的三氟乙腈(cf3cn)，而且铝空位缺陷化氮化铝不会吸附只含有c-f键的四氟化碳(cf4)、六氟乙烷(c2f6)，也不会吸附含有氰基(-cn)且分子直径大的全氟异丁腈(c4f7n)。
9、在本发明中，当反应温度低于200℃时，不利于铝空位的形成，会影响铝空位缺陷化氮化铝的合成；当反应温度高于220℃时，容易导致氮化铝中形成较大的气孔，反而不利于铝空位缺陷化氮化铝吸附三氟乙腈(cf3cn)；而且温度高于220℃或低于200℃时，铝空位缺陷化氮化铝对全氟异丁腈(c4f7n)有吸附，降低了其对三氟乙腈(cf3cn)的选择性吸附能力。
10、优选地，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的至少一种。
11、优选地，所述al2o3溶胶溶液的固含量为20％-25％。
12、优选地，所述al2o3溶胶溶液的冲洗速度与氮化铝的质量的比例为(80-100)ml/min:1g。
13、优选地，所述al2o3溶胶溶液的ph＝2-5。
14、在本发明中，ph＝2-5的al2o3溶胶溶液可为反应提供酸性条件，进一步促进铝空位缺陷化氮化铝的合成。
15、在本发明中，al2o3溶胶溶液可通过市售购买，也可用本领域的常规方法进行制备，比如：利用水热法，通过醇铝水解制备得到al2o3溶胶溶液，且醇铝可为异丙醇铝、仲丁醇铝、异丁醇铝等等。
16、优选地，所述冲洗的次数为4-6次，每次冲洗的时间为20-25s，每次冲洗之间的时间间隔为3-5min。
17、本发明通过控制冲洗的次数、每次冲洗的时间以及每次冲洗之间的时间间隔来控制al2o3溶胶溶液和氮化铝之间的反应速率和反应程度，从而得到具有大量铝空位的铝空位缺陷化氮化铝，进一步提高铝空位缺陷化氮化铝对三氟乙腈的吸附效果或吸附率。特别是，当每次冲洗的时间过长时，容易使氮化铝在形成铝空位后被酸性的al2o3溶胶溶液进一步分解，从而影响铝空位缺陷化氮化铝的铝空位数量，不利于提高铝空位缺陷化氮化铝对三氟乙腈(cf3cn)的吸附效果或吸附率；当每次冲洗的时间过短时，形成的铝空位较少，也不利于高铝空位缺陷化氮化铝对三氟乙腈(cf3cn)的吸附效果或吸附率。
18、优选地，所述氮化铝的平均粒径为20-50nm。
19、优选地，所述烧结的温度为400-450℃，时间为1-3h。
20、在本发明中，al2o3溶胶溶液和氮化铝(aln)反应后烧结，有利于去除氮化铝(aln)中的含氧杂质，防止铝空位缺陷化氮化铝与全氟异丁腈(c4f7n)反应，造成气体绝缘变压器内部损失全氟异丁腈，且影响铝空位缺陷化氮化铝对三氟乙腈(cf3cn)的吸附效果或吸附率。而当烧结温度过高时，会导致aln晶界面第二相数量过高，影响铝空位缺陷化氮化铝对三氟乙腈(cf3cn)的吸附效果或吸附率。
21、优选地，所述烧结后，还包括洗涤、干燥。
22、更为优选地，所述洗涤的溶剂为有机溶剂；所述有机溶剂为丙酮、乙醇、异丁醇中的至少一种。
23、更为优选地，所述干燥需在惰性气体环境中进行。
24、第二方面，本发明提供了一种铝空位缺陷化氮化铝，由上述制备方法制备而成。
25、第三方面，本发明提供了一种铝空位缺陷化氮化铝在吸附材料中的应用。
26、第四方面，本发明提供了一种铝空位缺陷化氮化铝吸附膜的制备方法，包括：
27、s1.混合铝空位缺陷化氮化铝和聚合物溶液，得到前驱体溶液；
28、s2.利用静电纺丝将前驱体溶液制成膜，即得铝空位缺陷化氮化铝吸附膜(alnns吸附膜)。
29、优选地，步骤s1中，所述聚合物为聚酰胺酸(paa)、聚乙烯醇(pva)、聚丙烯(pp)、聚乙烯基吡咯烷酮(pvp)、聚乙二醇(peg)、聚乳酸(pla)、聚丙烯腈、甲壳素及其衍生物、纤维素及其衍生物中的至少一种。
30、优选地，步骤s1中，所述前驱体溶液中铝空位缺陷化氮化铝的质量分数为0.8％-1.2％。
31、在本发明中，当前驱体溶液中铝空位缺陷化氮化铝的质量分数过高时，不利于铝空位缺陷化氮化铝粘附于铝空位缺陷化氮化铝吸附膜上，容易使铝空位缺陷化氮化铝从铝空位缺陷化氮化铝吸附膜上脱落，进而使铝空位缺陷化氮化铝吸附膜在气体绝缘变压器内形成绝缘缺陷，影响气体绝缘变压器的证长工作。
32、优选地，步骤s1中，所述聚合物溶液的固含量为15％-25％。
33、优选地，步骤s1中，所述混合的温度为50-60℃。
34、优选地，步骤s1中，所述混合的方式为搅拌，所述搅拌的时间为10-12h。
35、优选地，步骤s2中，所述静电纺丝的条件为：注射器针头的加压设置为23-27kv，接收轮转速设置为180-200r/min，纺丝距离设置为14-18cm，注射器喷射速度设置为0.6-1.0ml/h，相对接收轮平行移动速度设置为8-10cm/min。
36、优选地，步骤s2中，对所述聚合物混合溶液制成的膜进行真空干燥。
37、更为优选地，所述真空干燥的温度为140-160℃，时间为10-12h。
38、第五方面，本发明提供了一种铝空位缺陷化氮化铝吸附膜，由上述制备方法制备而成。
39、第六方面，本发明提供了一种铝空位缺陷化氮化铝吸附膜在吸附三氟乙腈(cf3cn)中的应用。
40、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
41、本发明的制备方法，通过惰性气体环境的保护并控制反应温度，使al2o3溶胶溶液和氮化铝反应生了对三氟乙腈具有吸附效果的铝空位缺陷化氮化铝。
42、本发明通过控制冲洗的次数、每次冲洗的时间以及每次冲洗之间的时间间隔来控制al2o3溶胶溶液和氮化铝之间的反应速率和反应程度，从而得到具有大量铝空位的铝空位缺陷化氮化铝，进一步提高铝空位缺陷化氮化铝对三氟乙腈的吸附效果或吸附率。
43、本发明中，在al2o3溶胶溶液和氮化铝(aln)反应后烧结，有利于去除氮化铝(aln)中的含氧杂质，防止铝空位缺陷化氮化铝与全氟异丁腈(c4f7n)反应，造成气体绝缘变压器内部损失全氟异丁腈，且影响铝空位缺陷化氮化铝对三氟乙腈(cf3cn)的吸附效果或吸附率。而当烧结温度过高时，会导致aln晶界面第二相数量过高，影响铝空位缺陷化氮化铝对三氟乙腈(cf3cn)的吸附效果或吸附率。
1.一种铝空位缺陷化氮化铝的制备方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述铝空位缺陷化氮化铝的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为400-450℃。
3.如权利要求1所述铝空位缺陷化氮化铝的制备方法，其特征在于，所述冲洗的次数为4-6次，每次冲洗的时间为20-25s，每次冲洗之间的时间间隔为3-5min。
4.如权利要求1所述铝空位缺陷化氮化铝的制备方法，其特征在于，所述al2o3溶胶溶液的固含量为20％-25％；所述al2o3溶胶溶液的冲洗速度与氮化铝的质量的比例为(80-100)ml/min:1g。
5.一种铝空位缺陷化氮化铝，其特征在于，由权利要求1-4任一所述制备方法制备而成。
6.权利要求5所述铝空位缺陷化氮化铝在吸附材料中的应用。
7.一种铝空位缺陷化氮化铝吸附膜的制备方法，其特征在于，包括：
8.如权利要求7所述铝空位缺陷化氮化铝吸附膜的制备方法，其特征在于，如下中的至少一项：
9.一种铝空位缺陷化氮化铝吸附膜，由权利要求7-8任一所述制备方法制备而成。
10.权利要求9所述铝空位缺陷化氮化铝吸附膜在吸附三氟乙腈中的应用。
