一種復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料及其制備方法，屬于復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】。該復(fù)合材料以多孔材料為支撐材料，無機(jī)水合鹽為相變材料，通過多孔材料的毛細(xì)吸附作用及表面活性劑的自組裝將無機(jī)水合鹽吸附入支撐材料的多孔結(jié)構(gòu)中制備而成。本發(fā)明首先通過表面活性劑的乳化分散作用將熔融的無機(jī)水合鹽相變材料如六水合氯化鈣在超聲條件下乳化分散，形成穩(wěn)定的乳液；然后將膨脹石墨加入乳液中，分散均勻，并將其放入真空烘箱中，抽真空，室溫下恒定30min，從而制得相變潛熱高、導(dǎo)熱性能好且成本低廉的新型的復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料。
【專利說明】一種復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱能儲(chǔ)存【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無機(jī)相變材料因其相變時(shí)相變潛熱大，導(dǎo)熱系數(shù)高，溫度變化少，體積變化少、無毒、無揮發(fā)性而被廣泛的應(yīng)用于地板采暖、建筑節(jié)能、太陽(yáng)能利用、工業(yè)余熱和廢熱的回收等領(lǐng)域。無機(jī)水合鹽就是其中一個(gè)重要的分支，它是一類非常重要的中低溫相變儲(chǔ)熱材料，目前應(yīng)用較多的水合鹽主要有堿及堿土金屬的鹵化物、硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽及醋酸鹽等。該類相變材料也有其自身的缺點(diǎn)，那就是相變時(shí)容易發(fā)生過冷、相分離和泄露的現(xiàn)象。這極大的限制了它在諸多領(lǐng)域中更深、更廣泛的應(yīng)用。
[0003]目前對(duì)無機(jī)水合鹽相變材料的主要研究方向是在該類儲(chǔ)熱機(jī)體中加入合適的成核劑、與其他無機(jī)鹽共混以及冷指法來解決其過冷與相分離現(xiàn)象。冷指法是指是通過預(yù)留一部分固態(tài)水合鹽相變材料作為相變凝結(jié)劑，在需要發(fā)生相變時(shí)加入，用以引發(fā)相變過程，從而釋放潛熱。如中國(guó)專利申請(qǐng)201110020197.1給出了一種六水氯化鈣相變蓄能材料組合物及其制備方法，該專利中六水氯化鈣的過冷度被大大減少了，從正常情況的20°C降到了 3°C.這種方法雖然能有效地解決無機(jī)水合鹽相變材料的過冷現(xiàn)象，但是缺點(diǎn)也很明顯，那就是使用不方便，相變過程不能自發(fā)進(jìn)行，每次都需要人工操作。并且上述方法難以解決相變材料導(dǎo)熱系數(shù)低，使用時(shí)需要封裝，相變時(shí)容易泄露等問題。
[0004]因此，為了提高復(fù)合定形相變材料的儲(chǔ)能穩(wěn)定性、防止相變過程中發(fā)生泄漏及提高相變材料的導(dǎo)熱性能，本發(fā)明提出采用表面活性劑對(duì)無機(jī)水合鹽相變材料進(jìn)行改性，從而加強(qiáng)相變材料與多孔材料的吸附作用力，從而提高其綜合性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種儲(chǔ)熱性能穩(wěn)定、成本低廉的復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料及其制備方法。該復(fù)合定形相變材料一方面通過多孔材料的毛細(xì)吸附作用將無機(jī)水合鹽吸附入其多孔結(jié)構(gòu)中，并進(jìn)一步通過表面活性劑的親水親油基團(tuán)增強(qiáng)無機(jī)水合鹽與多孔材料內(nèi)表面的作用力，從而使無機(jī)水合鹽相變材料牢固地附著與多孔材料中，形成性能穩(wěn)定的復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料。另一方面，多孔材料的高導(dǎo)熱性能也會(huì)復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料的導(dǎo)熱性能，并進(jìn)一步提高內(nèi)部相變材料的儲(chǔ)放熱速率。因此，本發(fā)明制備的復(fù)合定形相變材料具有儲(chǔ)熱性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱性能優(yōu)異、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于工業(yè)余熱回收，太陽(yáng)能利用，建筑節(jié)能等領(lǐng)域。
[0006]本發(fā)明所提出的復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料，其特征在于，由相變材料、支撐材料和表面活性劑復(fù)合而成。所述相變材料的質(zhì)量百分比為43-84 % ;所述支撐材料的質(zhì)量百分比為9-47 %，所述乳化劑的質(zhì)量百分比為7-10 %。
[0007]上述相變材料為Na2SO4.IOH2O, CaCl2.6H20, Na2HPO4.12H20, Na2CO3.IOH2O 無機(jī)水合鹽類相變材料中的一種或二種以上；
[0008]上述支撐材料為膨脹石墨，多孔氧化鋁，活性炭多孔材料；
[0009]上述表面活性劑為0P-10，span-80，十二烷基苯磺酸鈉，十二烷基硫酸鈉中的一種或二種以上。
[0010]一種上述復(fù)合定形相變材料的制備方法，其步驟如下:
[0011]步驟1，在無機(jī)水合鹽相變材料中加入去離子水，去離子水剛好濕潤(rùn)固體顆粒即可，并將其置于75-85°C的烘箱中加熱1.5-2小時(shí)，使無機(jī)水合鹽相變材料完全熔化；
[0012]步驟2，將表面活性劑加入步驟I的液體中，超聲分散20_40min，形成穩(wěn)定的乳液；
[0013]步驟3，將支撐材料加入步驟2的穩(wěn)定乳液中，攪拌分散均勻；
[0014]步驟4，將步驟3的混合物放入真空烘箱中，抽真空(0.9)，室溫恒定20_40min ；
[0015]步驟5，取出樣品，即得所制備的復(fù)合定形相變材料。
[0016]無機(jī)水合鹽相變材料在被吸附之前被表面活性劑乳化分散，形成了表面含有親油性集團(tuán)的穩(wěn)定膠束液滴。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn):(1)減少了相變材料在相變過程的泄露。本發(fā)明采用表面活性劑對(duì)無機(jī)水合鹽相變材料進(jìn)行乳化分散，形成穩(wěn)定的膠束，使無機(jī)水合鹽相變材料表面呈現(xiàn)親油性能，加強(qiáng)了其與多孔材料內(nèi)表面的作用力，被多孔材料吸附的更加牢固與緊密，在相變時(shí)不容易發(fā)生泄漏，從而呈現(xiàn)為性能穩(wěn)定的復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料。(2)導(dǎo)熱系數(shù)大，多`孔材料較高的導(dǎo)熱性能賦予復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料較好的熱傳導(dǎo)特性。(3)使用安全方便，該復(fù)合材料無毒、無腐蝕、無泄漏、不存在可燃性問題、且不需封裝。(4)制備簡(jiǎn)單，成本低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1a是實(shí)施例1得到的CaCl2.6H20/膨脹石墨復(fù)合相變材料的SEM照片；
[0019]圖1b是實(shí)施例2得到的CaCl2.6H20/膨脹石墨復(fù)合相變材料的SEM照片；
[0020]圖1c是實(shí)施例3得到的CaCl2.6H20/膨脹石墨復(fù)合相變材料的SEM照片；
[0021 ]圖1d是實(shí)施例4得到的CaCl2.6H20/膨脹石墨復(fù)合相變材料的SEM照片；
[0022]圖2a是實(shí)施例1得到的CaCl2.6H20/膨脹石墨復(fù)合相變材料的DSC曲線。
[0023]圖2b是實(shí)施例2得到的CaCl2.6H20/膨脹石墨復(fù)合相變材料的DSC曲線。
[0024]圖2c是實(shí)施例3得到的CaCl2.6H20/膨脹石墨復(fù)合相變材料的DSC曲線。
[0025]圖2d是實(shí)施例4得到的CaCl2.6H20/膨脹石墨復(fù)合相變材料的DSC曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例1
[0027]步驟1，取5g可膨脹石墨置于80°C真空干燥箱內(nèi)干燥15小時(shí)，然后將干燥的可膨脹石墨置于微波爐中高溫加熱15s，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的膨脹石墨。
[0028]步驟2，取0.5g CaCl2.6H20放入燒杯中，加入少量去離子水(去離子水剛好濕潤(rùn)固體顆粒即可)，然后將其置于80°C的烘箱中加熱2小時(shí)，使CaCl2.6Η20完全熔化。然后加Λ 0.08g ΟΡ-ΙΟ,超聲分散30min,形成穩(wěn)定的乳液。將0.5g膨脹石墨加入乳液中，攪拌分散均勻，將該混合物放入真空烘箱中，抽真空，室溫恒定30min，完成吸附過程；取出，即得到復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料。
[0029]所得復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料的相變溫度為27.94°C，相變潛熱值為49.10J/g，熱導(dǎo)率為 4.0W/ （m.K)。
[0030]該實(shí)施例的SEM照片和DSC測(cè)試結(jié)果分別如圖la、圖2a所示。
[0031]實(shí)施例2
[0032]步驟1，取5g可膨脹石墨置于80°C真空干燥箱內(nèi)干燥15小時(shí)，然后將干燥的可膨脹石墨置于微波爐中高溫加熱15s，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的膨脹石墨。
[0033]步驟2，取0.6g CaCl2.6H20放入燒杯中，加入少量去離子水(去離子水剛好濕潤(rùn)固體顆粒)，然后將其置于80°C的烘箱中加熱2小時(shí)，使CaCl2.6H20完全熔化。然后，加入
0.08g 0P-10,超聲分散30min,形成穩(wěn)定的乳液。將0.4g膨脹石墨加入乳液中，攪拌分散均勻，將該混合物放入真空烘箱中，抽真空，室溫恒定30min，完成吸附過程；取出，即得到復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料。
[0034]所得復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料的相變溫度為31.46°C，相變潛熱值為150.4J/g，熱導(dǎo)率為 3.7W/ Cm.K)。
[0035]該實(shí)施例的SEM照片和DSC測(cè)試結(jié)果分別如圖lb、圖2b所示。
[0036]實(shí)施例3
[0037]步驟1，取5g可膨脹石墨置于80°C真空干燥箱內(nèi)干燥15小時(shí)，然后將干燥的可膨脹石墨置于微波爐中高溫加熱15s，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的膨脹石墨。
[0038]步驟2，取0.84g CaCl2.6H20于燒杯中，并加入少量去離子水(去離子水剛好濕潤(rùn)固體顆粒)，然后將其置于80°C的烘箱中加熱2小時(shí)，使CaCl2.6H20完全熔化。然后，加入
0.14g 0P-10,并超聲分散30min,形成穩(wěn)定的乳液。將0.36g膨脹石墨加入乳液中，分散均勻，將該混合物放入真空烘箱中，抽真空，室溫恒定30min，完成吸附過程；取出，即得到復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料。
[0039]所得復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料的相變溫度為30.74°C，相變潛熱值為95.68J/g，熱導(dǎo)率為 3.5W/ Cm.K)。
[0040]該實(shí)施例的SEM照片和DSC測(cè)試結(jié)果分別如圖lc、圖2c所示。
[0041]實(shí)施例4
[0042]步驟1，取5g可膨脹石墨置于80°C真空干燥箱內(nèi)干燥15小時(shí)，然后將干燥的可膨脹石墨置于微波爐中高溫加熱15s，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的膨脹石墨。
[0043]步驟2，取1.6g CaCl2.6H20放入燒杯中，加入少量去離子水(去離子水剛好濕潤(rùn)固體顆粒)，然后將其置于80°C的烘箱中加熱2小時(shí)，使CaCl2.6H20完全熔化。然后，加入
0.15g 0P-10,并超聲分散30min。形成穩(wěn)定的乳液,將0.4g膨脹石墨加入乳液中，攪拌分散均勻，將該混合物放入真空烘箱中，抽真空，室溫恒定30min，完成吸附過程；取出，即得到復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料。
[0044]所得復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料的相變溫度為31.61°C，相變潛熱值為139.6/g，熱導(dǎo)率為 7.6W/ Cm.K)。
[0045]該實(shí)施例的SEM照片和DSC測(cè)試結(jié)果分別如圖1cU圖2d所示。
[0046]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍，所以凡依本發(fā)明所述范圍的特征原料、特征步驟等同的變化及改進(jìn)，均應(yīng)包括在本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍之內(nèi) 。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料，其特征在于:由相變材料、支撐材料和表面活性劑復(fù)合而成；其中，相變材料的質(zhì)量百分比為43-84 % ;支撐材料的質(zhì)量百分比為9-47 %，表面活性劑的質(zhì)量百分比為7-10 % ；
所述相變材料為 Na2SO4.IOH2O, CaCl2.6H20, Na2HPO4.12H20, Na2CO3.IOH2O 無機(jī)水合鹽類相變材料中的一種或二種以上； 所述支撐材料為膨脹石墨、多孔氧化鋁或活性炭多孔材料； 所述表面活性劑為0P-10，span-80,十二烷基苯磺酸鈉，十二烷基硫酸鈉中的一種或二種以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料，其特征在于: 復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料的相變溫度為20-40°C，相變潛熱為60-250J/g，導(dǎo)熱系數(shù)為3.4-7.6W/ Cm.K)。
3.—種權(quán)利要求1所述的復(fù)合定形相變儲(chǔ)熱材料的制備方法，其特征在于，步驟如下: 步驟1，在無機(jī)水合鹽相變材料中加入去離子水，去離子水剛好濕潤(rùn)固體顆粒即可，并將其置于75-85°C的烘箱中 加熱1.5-2小時(shí)，使無機(jī)水合鹽相變材料完全熔化； 步驟2，將表面活性劑加入步驟I的液體中，超聲分散20-40min，形成穩(wěn)定的乳液； 步驟3，將支撐材料加入步驟2的穩(wěn)定乳液中，攪拌分散均勻； 步驟4，將步驟3的混合物放入真空烘箱中，抽真空(0.9)，室溫恒定20-40min ； 步驟5，取出樣品，即得所制備的復(fù)合定形相變材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合定形相變材料的制備方法，其特征在于:所述相變材料為 Na2SO4.IOH2O, CaCl2.6H20, Na2HPO4.12H20, Na2CO3.IOH2O 無機(jī)水合鹽類相變材料中的一種或二種以上； 所述支撐材料為膨脹石墨、多孔氧化鋁或活性炭多孔材料； 所述表面活性劑為0P-10，span-80,十二烷基苯磺酸鈉，十二烷基硫酸鈉中的一種或二種以上。
【文檔編號(hào)】C09K5/06GK103525373SQ201210231705
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月5日
【發(fā)明者】孫立賢, 段志軍, 張煥芝, 徐芬, 曹忠, 張箭 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所