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Single flow treatment degradation of antibiotics in water using falling-film dielectric barrier discharge

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Plasma Science and Technology 2024年第4期26卷 27-36页

作者：许志远章程伍云健黄邦斗席登科张晓星邵涛 Hubei Engineering Research Center for Safety Monitoring of New Energy and Power Grid Equipment Hubei University of TechnologyWuhan 430068People’s Republic of China Beijing International S&T Cooperation Base for Plasma Science and Energy Conversion Institute of Electrical EngineeringChinese Academy of SciencesBeijing 100190People’s Republic of China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049People’s Republic of China

The environmental contamination caused by antibiotics is increasingly conspicuous due to their widespread manufacture and misuse. Plasma has been employed in recent years for the remediation of antibiotic pollution in the environment. In this work, a falling-film dielectric barrier discharge was used to degrade the antibiotic tetracycline(TC) in water. The reactor combined the gas-liquid discharge and active gas bubbling to improve the TC degradation performance. The discharge characteristics, chemical species’ concentration, and degradation rates at different parameters were systematically studied. Under the optimized conditions(working gas was pure oxygen, liquid flow rate was 100 mL/min, gas flow rate was 1 L/min,voltage was 20 kV, single treatment), TC was removed beyond 70% in a single flow treatment with an energy efficiency of 145 mg/(kW·h). The reactor design facilitated gas and liquid flow in the plasma area to produce more ozone in bubbles after a single flow under pure oxygen conditions, affording fast TC degradation. Furthermore, long-term stationary experiment indicated that long-lived active species can sustain the degradation of TC. Compared with other plasma treatment systems, this work offers a fast and efficient degradation method, showing significant potential in practical industrial applications.

关键词： antibiotic degradation dielectric barrier discharge reactive species single flow treatment

填充颗粒尺寸对介质阻挡放电降解SF_(6)的影响

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电工技术学报 2022年第18期37卷 4766-4776页

作者：张晓星周畅崔兆仑张国治伍云健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 华南理工大学电力学院广州510640

六氟化硫(SF_(6))是一种被广泛应用的优良绝缘气体,但其具有强温室效应,会对大气环境造成巨大的潜在危害。采用填充床式介质阻挡放电(DBD)降解SF_(6)是一种有潜力的治理手段,但目前填充介质尺寸等诸多参数影响尚且未知。该文基于填充床... 详细信息

六氟化硫(SF_(6))是一种被广泛应用的优良绝缘气体,但其具有强温室效应,会对大气环境造成巨大的潜在危害。采用填充床式介质阻挡放电(DBD)降解SF_(6)是一种有潜力的治理手段,但目前填充介质尺寸等诸多参数影响尚且未知。该文基于填充床式介质阻挡放电研究直径为1mm、2mm和4mm的γ-Al_(2)O_(3)颗粒对降解SF_(6)的影响。发现小尺寸颗粒会缩减反应区域的气隙空间,使DBD体系趋于产生丝状放电;2mm填充体系的降解率及能效均优于1mm和4mm体系,主要原因可能是2mm填充颗粒兼顾较大的活性接触面积和较长的气体停留时间这两个重要因素;相比于2mm和4mm体系,1mm体系能够促进SO_(2)气体产生,抑制SO_(2)F_(2)、SOF_(2)和SOF_(4)气体的产生。该研究结果为SF_(6)工业无害化降解提供了理论支撑和技术指导。

关键词：填充颗粒尺寸介质阻挡放电放电参数降解处理 SF_(6)无害化

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外加H2O和H2对氩气介质阻挡放电降解硫酰氟的影响

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高电压技术 2023年第1期49卷 382-390页

作者：张晓星周畅伍云健李亚龙高朋张英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贵州电网有限责任公司电力科学研究院

硫酰氟(SO2F2)是一种常用的熏蒸杀虫剂，然而其具有强温室效应，且目前缺乏针对性手段处理其废气，随意排放会对大气环境造成巨大危害。介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)低温等离子体(non-themal plasma,NTP)技术是一种... 详细信息

硫酰氟(SO2F2)是一种常用的熏蒸杀虫剂，然而其具有强温室效应，且目前缺乏针对性手段处理其废气，随意排放会对大气环境造成巨大危害。介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)低温等离子体(non-themal plasma,NTP)技术是一种良好的气体污染物处理手段，而外加气体能有效改善其处理效果。为此基于NTP技术研究了外加H2O和H2对DBD降解SO2F2的影响。发现NTP协同活性气体降解SO2F2具有显著优势，外加H2O和H2均能够显著促进SO2F2降解，在该实验条件下，对于体积分数为2%的SO2F2，外加H2O或H2体积分数为1%时，降解率分别达到最大值86.26%和80.29%，而过量的H2O和H2反而会限制降解；外加H2O和H2主要气体降解产物均为SO2、SOF2和HF，而外加H2时还会生成固体S单质，H2体积分数越高，S单质生成更为明显，有利于产物的回收处理，但H2体积分数过量时少量S单质会进一步还原生成H2S，不利于降解尾气处理。该研究结果能够为SO2F2废气无害化降解提供理论支撑。

关键词： SO2F2降解介质阻挡放电外加H2O 外加H2 无害化降解

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基于席夫碱基的可降解环氧绝缘材料性能研究

高电压技术 2023年第11期49卷 4490-4497页

作者：伍云健胡益然林慧方锐蔡福进张晓星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430072

环氧树脂因其优异的理化特性和电气性能而被广泛作用电力设备绝缘材料,但其难以有效回收降解易导致电力设备退役后整体废弃,不符合绿色电力的发展要求。为探究可降解环氧绝缘材料及其相关性能的影响因素,基于香草醛和环氧氯丙烷的醚化... 详细信息

环氧树脂因其优异的理化特性和电气性能而被广泛作用电力设备绝缘材料,但其难以有效回收降解易导致电力设备退役后整体废弃,不符合绿色电力的发展要求。为探究可降解环氧绝缘材料及其相关性能的影响因素,基于香草醛和环氧氯丙烷的醚化反应合成了含醛基的香草醛基单环氧化物,在此基础上与二胺固化剂4,4′–亚甲基双环己胺固化得到含席夫碱的可降解环氧绝缘材料。采用傅里叶变换红外光谱仪、超导核磁共振波谱仪对环氧树脂进行了分子结构表征,红外光谱、核磁共振氢谱(^(1)H–NMR)和核磁共振碳谱(13C–NMR)均证实了合成产物为含席夫碱的可降解环氧树脂,而且可降解环氧树脂中席夫碱含量随着温度先增大后减小。热失重特性和介电性能的测试结果表明,可降解环氧树脂具有良好的热稳定性且与固化温度呈正比;其介电性能良好,相对介电常数为2.1~3.7,介电损耗为0.004~0.008,均与传统环氧树脂相当。击穿实验和力学性能的测试结果表明,可降解环氧树脂击穿场强最高可达45.34 kV/mm,弹性模量为3.4~3.7 GPa,均高于传统环氧树脂。通过探究不同的降解条件发现,材料在80℃的弱酸环境下,40 min内能够完全降解。

关键词：席夫碱可降解环氧树脂绝缘材料介电性能热力学性能

氮化硼纳米片改性环氧树脂导热与介电性能的研究

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高电压技术 2021年第2期47卷 645-651页

作者：张晓星胡国雄伍云健唐炬武汉大学电气与自动化学院武汉430072

越来越高的电热密度以及电力设备小型化的趋势需要电力设备的绝缘材料具备更好的导热性能。针对传统环氧树脂(epoxy,EP)导热率过低的缺陷,通过剥离六方氮化硼的方法制备了氮化硼纳米片(boron nitride nanosheet,BNNS),将其作为填料掺入... 详细信息

越来越高的电热密度以及电力设备小型化的趋势需要电力设备的绝缘材料具备更好的导热性能。针对传统环氧树脂(epoxy,EP)导热率过低的缺陷,通过剥离六方氮化硼的方法制备了氮化硼纳米片(boron nitride nanosheet,BNNS),将其作为填料掺入环氧树脂得到了复合材料(EP–BN)。测试结果证明,BNNS能有效改善环氧树脂的导热性能,其掺杂体积分数为25%的EP–BN导热率相对于EP提升了528%。通过测量材料的介电谱发现,BNNS加入后,EP–BN的相对介电常数和介电损耗均增大,但两者涨幅并不大;同时,两者均随着温度的升高而增加。分析材料的热刺激电流获得其陷阱参数,发现由于BNNS的存在,EP–BN的陷阱深度变浅,从而降低了极化电荷产生所需要的能量,表现为相对介电常数和介电损耗增加。温度的变化对材料的陷阱深度几乎无影响,但温度的升高促进了陷阱电荷量的产生,表现为材料相对介电常数和介电损耗的增大。

关键词：氮化硼纳米片环氧树脂导热性能介电性能热刺激电流

高导热钛酸锶/环氧树脂纳米复合材料的绝缘特性

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高电压技术 2019年第4期45卷 1225-1233页

作者：文豪张晓星伍云健杨紫来武汉大学电气与自动化学院武汉430072 中国电力科学研究院有限公司武汉分院武汉430074

为研究复合材料的形貌、导热特性及电气性能,通过熔融共混法制备了填充体积分数(质量分数)分别为1.72%(7%),3.95%(15%),7.2%(25%),13.44%(40%)的钛酸锶/环氧树脂纳米复合材料。微观形貌分析表明纳米颗粒分散均匀,没有孔洞和裂痕。纳米... 详细信息

为研究复合材料的形貌、导热特性及电气性能,通过熔融共混法制备了填充体积分数(质量分数)分别为1.72%(7%),3.95%(15%),7.2%(25%),13.44%(40%)的钛酸锶/环氧树脂纳米复合材料。微观形貌分析表明纳米颗粒分散均匀,没有孔洞和裂痕。纳米复合材料的导热系数随着填充量的增加而增加,40%质量比复合材料的导热系数达到了0.52 W/(m·K),与纯环氧树脂相比提升了160%。复合材料的介电常数随着填充质量比的增加而增大,随着频率的增加而减小。复合材料击穿场强的Weibull分布图显示复合材料的本征击穿场强比纯环氧树脂高,增幅在25%以内。脉冲电压下沿面放电试验发现纳米复合材料沿面放电前的最高温度值低于纯环氧树脂。沿面放电电压随纳米颗粒填充量增加而显著升高,填充质量分数为40%时,沿面放电电压与纯环氧树脂相比升高了47.4%,并且具有更快的散热速率,表明填充SrTiO_3纳米颗粒可以改善环氧树脂的沿面放电特性。综上所述,填充SrTiO_3纳米颗粒的环氧树脂具有优良的导热性能和绝缘特性,为开发新型高导热绝缘材料提供了参考。

关键词：钛酸锶环氧树脂导热系数介电常数沿面放电

改性SiO2增强环氧树脂热力学性能的分子动力学模拟

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高电压技术 2018年第3期44卷 740-749页

作者：张晓星陈霄宇肖淞文豪伍云健武汉大学电气工程学院

为从微观角度分析SiO_2的掺杂及其表面修饰对环氧树脂性能的影响,采用分子动力学的方法建立了二氧化硅/环氧树脂的复合模型,研究了SiO_2表面接枝硅烷偶联剂KH550对复合材料在不同温度下的结构、热学性能、力学性能的影响。研究发现添加S... 详细信息

为从微观角度分析SiO_2的掺杂及其表面修饰对环氧树脂性能的影响,采用分子动力学的方法建立了二氧化硅/环氧树脂的复合模型,研究了SiO_2表面接枝硅烷偶联剂KH550对复合材料在不同温度下的结构、热学性能、力学性能的影响。研究发现添加SiO_2能够提高环氧树脂的玻璃转化温度、导热率和机械性能,降低环氧树脂的热膨胀系数,对SiO_2表面接枝硅烷偶联剂能够进一步的提高环氧树脂的热力学性能,表面分别接枝5%和10%硅烷偶联剂的SiO_2对环氧树脂玻璃转化温度的提升幅度由不接枝时的15 K增加到27 K和36 K,对室温下的导热率的提升幅度由不接枝情况下的33.04%增加到60.02%和67.07%。随着温度的升高,4种模型的导热率在250~450 K的区间内基本呈线性增长;4种模型的弹性模量和剪切模量都会下降,并且在玻璃转化区间下降较为迅速,当达到500 K后下降幅度很小。

关键词：改性二氧化硅/环氧树脂玻璃转化温度热膨胀系数力学性能导热率分子动力学模拟

用于绝缘型环氧树脂自修复体系的微胶囊的研究

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中国电机工程学报 2018年第9期38卷 2808-2814页

作者：张晓星伍云健文豪陈霄宇肖淞武汉大学电气工程学院

基于仿生学提出的自修复材料的概念,为绝缘型环氧树脂中微裂纹的自我修复提供了一种可能。适用于绝缘型环氧树脂的自修复材料需要具备耐热性好、常温下能自我修复等特性。该文综合比较了已有的环氧树脂微胶囊自修复体系,总结出了适用于... 详细信息

基于仿生学提出的自修复材料的概念,为绝缘型环氧树脂中微裂纹的自我修复提供了一种可能。适用于绝缘型环氧树脂的自修复材料需要具备耐热性好、常温下能自我修复等特性。该文综合比较了已有的环氧树脂微胶囊自修复体系,总结出了适用于绝缘型环氧树脂的自修复体系。采用原位聚合法成功制备了壁材为脲醛树脂（PUF）、芯材为E-51型环氧树脂（DGEBA）和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚（TMPEG）混合物的环氧树脂微胶囊,通过扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱仪、热重分析仪（TG）和示差扫描量热仪（DSC）测试了其基本特性,结果表明,脲醛树脂成功包裹DGEBA和TMPEG的混合物形成了稳定了球形结构,同时微胶囊的耐热性能优良,囊芯物质具有反应活性,具备作为绝缘型环氧树脂自修复体系材料的潜能。

关键词：绝缘型环氧树脂微胶囊自修复性能测试

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环氧树脂在SF6/N2混合气体下的热分解

高电压技术 2020年第7期46卷 2453-2459页

作者：张晓星杨紫来文豪伍云健胡国雄唐炬武汉大学电气与自动化学院武汉430072

为得到环氧树脂在SF6/N2混合气体下的热分解机理以及主要失重区间的特征分解组分判断标准,采用同步热分析仪与气相色谱质谱仪联用的方法研究了环氧树脂在SF6/N2气氛下的热分解特性,检测了特征分解组分体积分数,并得到了其随温度变化规律... 详细信息

为得到环氧树脂在SF6/N2混合气体下的热分解机理以及主要失重区间的特征分解组分判断标准,采用同步热分析仪与气相色谱质谱仪联用的方法研究了环氧树脂在SF6/N2气氛下的热分解特性,检测了特征分解组分体积分数,并得到了其随温度变化规律,提出了判断环氧树脂表面发生局部过热性故障的方法。TG曲线表明:环氧树脂的主要失重区间并不受实验气体种类的影响,分解区间为330~470℃。DSC曲线表明:环氧树脂在SF6/N2氛围下的分解是一个复杂的化学过程;随着混合气体中N2比例的增加,体系的热稳定性下降,SF6的分解加剧。选择CO2、SO2、H2S、SOF2、CF4作为特征组分进行检测。环氧树脂存在条件下,不同SF6比例混合气体的特征组分产气速率和起始体积分数不同,产气温度相同。选择H2S、CF4作为判断环氧树脂表面POF温度的特征组分并建立了数学模型。

关键词： SF6/N2混合 TG/DSC 环氧树脂热分解分解组分局部过热故障主要失重区间