本發(fā)明提供一種核殼結(jié)構(gòu)的NaCl@Al₂O₃高溫相變蓄熱材料的制備方法，屬于能源高效利用和蓄熱材料制備領域。

背景技術(shù)：

可再生能源的使用是解決當今全球范圍內(nèi)能源危機和環(huán)境污染問題的有效途徑。在太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能、核能等能源中，太陽能豐富且可免費獲得，具有巨大的發(fā)展前景。目前，聚光太陽能發(fā)電（CSP）技術(shù)可以將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能并進一步通過汽輪機或者熱機進行發(fā)電，在替代化石能源或者減少碳排放方面有極大的優(yōu)勢。然而，太陽能本身的不穩(wěn)定性和間歇性會影響CSP系統(tǒng)的發(fā)電量，使得 CSP技術(shù)的推廣應用受到影響。

熱能存儲系統(tǒng)（TES）可以將熱能/冷量存儲起來，不僅可以實現(xiàn)熱能的高效利用，還可以使CSP電廠更加自由地運轉(zhuǎn)，從而解決能源供給和需求在時間、溫度、電量和地點等方面的不匹配問題。研究指出，CSP系統(tǒng)的運行溫度越高，其熱效率也隨之升高。因此，只有工作溫度在500~1200℃范圍的高溫相變蓄熱材料才能滿足未來CSP發(fā)電系統(tǒng)的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種制備核殼結(jié)構(gòu)的NaCl@Al₂O₃高溫相變蓄熱材料的方法。NaCl的相變溫度為801℃，在相變過程中能夠產(chǎn)生大量的熱焓而且儲熱成本低，在無機鹽儲熱系統(tǒng)中表現(xiàn)出絕對的優(yōu)勢。Al₂O₃作為一種陶瓷材料，具有非常高的熔點（一般在2000℃以上）和優(yōu)良的高溫化學穩(wěn)定性，可以將NaCl相變材料封裝起來，制成一種核殼結(jié)構(gòu)的高溫蓄熱材料。這種結(jié)構(gòu)不僅能夠克服NaCl腐蝕性強的缺點，而且具有能夠增大傳熱面積，阻止相變材料與環(huán)境發(fā)生反應，控制相變過程中的體積變化等優(yōu)點。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種制備核殼結(jié)構(gòu)的NaCl@Al₂O₃高溫相變蓄熱材料的方法，包括以下步驟：

（1）按摩爾比為3:1稱取CH₃COONa和AlCl₃，分別溶于無水乙醇中，制成0.05~0.6mol/L的CH₃COONa乙醇溶液和AlCl₃乙醇溶液；

（2）在0~40℃水浴條件下劇烈攪拌CH₃COONa乙醇溶液，同時以3~5mL/min的速度將AlCl₃乙醇溶液滴入CH₃COONa乙醇溶液中，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌0.5~1.5h，制得納米級別的NaCl小顆粒；

（3）向步驟（2）得到的混合物中依次加入表面活性劑CTAB乙醇溶液，和另一種金屬鋁鹽乙醇溶液，CTAB添加量為0.5~1g/L，金屬鋁鹽與CH₃COONa的摩爾比為2~3:1，混合均勻；

（4）取NaOH溶于冷藏過的無水乙醇（低于5℃）中，NaOH與（AlCl₃+金屬鋁鹽）的摩爾比為2~3:1；在0~40℃水浴條件下劇烈攪拌的同時，以每秒0.5~5滴的速度將NaOH乙醇溶液加入步驟（3）的混合物中，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌1~2h，反應得到沉淀；

（5）將步驟（4）得到的沉淀過濾，用無水乙醇洗滌3次，在80~120℃下干燥12~24h后，以1℃/min的速率升溫至500~700℃焙燒2~4h，得到核殼結(jié)構(gòu)的NaCl@Al₂O₃高溫相變蓄熱材料。

步驟（3）中所述金屬鋁鹽為醋酸鋁、堿式醋酸鋁、硝酸鋁中的任意一種。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）一般的中低溫蓄熱材料的使用溫度≤300℃，該蓄熱材料使用溫度高，可以在800~1400℃的環(huán)境中使用，更容易滿足太陽能電廠的工業(yè)需求；

（2）所得的核殼結(jié)構(gòu)的NaCl@Al₂O₃相變蓄熱材料由于外層包裹了Al₂O₃，因而具有耐高溫（其熔點為2054℃），熱膨脹系數(shù)低（介于4.9~9.3×10^-6/K），硬度高等優(yōu)點；

（3）包覆的Al₂O₃殼層可以有效的保護內(nèi)核中的NaCl，避免NaCl的損失和強腐蝕；Al₂O₃是非常穩(wěn)定的陶瓷材料，該結(jié)構(gòu)可有效提高材料的熱穩(wěn)定性。

具體實施方式

實施例1

（1）稱取0.03mol（2.46g）CH₃COONa和0.01mol（2.4143g）AlCl_3·6H₂O，分別溶于50mL無水乙醇中，經(jīng)過超聲、攪拌之后配制成溶液；

（2）在0℃（冰水混合物中）水浴下劇烈攪拌CH₃COONa乙醇溶液，同時以3mL/min的速度將AlCl_3·6H₂O乙醇溶液滴入CH₃COONa乙醇溶液中，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌0.5h，制得納米級別的NaCl小顆粒；

（3）向步驟（2）得到的混合物中依次加入10mL質(zhì)量濃度為10g/L的表面活性劑CTAB乙醇溶液，和400mL濃度為0.15mol/L的Al(CH₃COO)₃乙醇溶液，混合均勻；

（4）取0.21mol（8.4g）NaOH顆粒溶于200mL冷藏過的無水乙醇（低于5℃）中，劇烈攪拌后制成溶液，在0℃（冰水混合物中）水浴下，以每秒0.5滴的速度將NaOH乙醇溶液加入步驟（3）的混合物中，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌1h，反應得到沉淀；

（5）將步驟（4）得到的沉淀物過濾，用無水乙醇洗滌3次，在100℃下干燥18h，將得到的白色粉末以1℃/min的速率升溫至500℃焙燒4h，得到核殼結(jié)構(gòu)的NaCl@Al₂O₃高溫相變蓄熱材料。

實施例2

（1）稱取0.03mol（2.46g）CH₃COONa和0.01mol（2.4143g）AlCl_3·6H₂O，分別溶于100mL無水乙醇中，經(jīng)過超聲、攪拌之后配制成溶液；

（2）在室溫（25℃）水浴下劇烈攪拌CH₃COONa乙醇溶液，同時以4mL/min的速度將AlCl_3·6H₂O乙醇溶液滴入CH₃COONa乙醇溶液中，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌1h，制得納米級別的NaCl小顆粒；

（3）向步驟（2）得到的混合物中依次加入20mL質(zhì)量濃度為10g/L的表面活性劑CTAB乙醇溶液，和400mL濃度為0.15mol/L的Al(OH)(CH₃COO)₂乙醇溶液，混合均勻；

（4）取0.15mol（6g）NaOH顆粒溶于200mL冷藏過的無水乙醇（低于5℃）中，劇烈攪拌后制成溶液，在室溫（25℃）水浴下，以每秒1滴的速度將NaOH乙醇溶液加入步驟（3）的混合物中，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌1.5h，反應得到沉淀；

（5）將步驟（4）得到的沉淀物過濾，用無水乙醇洗滌3次后，在80℃下干燥24h，將得到的白色粉末以1℃/min的速率升溫至600℃焙燒3h，得到核殼結(jié)構(gòu)的NaCl@Al₂O₃高溫相變蓄熱材料。

實施例3

（1）稱取0.03mol（2.46g）CH₃COONa和0.01mol（2.4143g）AlCl_3·6H₂O，分別溶于200mL無水乙醇中，經(jīng)過超聲、攪拌之后配制成溶液；

（2）在40℃水浴下劇烈攪拌CH₃COONa乙醇溶液，同時以5mL/min的速度將AlCl_3·6H₂O乙醇溶液滴入CH₃COONa乙醇溶液中，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌1.5h，制得納米級別的NaCl小顆粒；

（3）向步驟（2）得到的混合物中依次加入20mL質(zhì)量濃度為15g/L的表面活性劑CTAB乙醇溶液，和300mL濃度為0.3mol/L的Al(NO₃)₃乙醇溶液，混合均勻；

（4）取0.3mol（12g）NaOH顆粒溶于300mL冷藏過的無水乙醇（低于5℃）中，劇烈攪拌后制成溶液，在40℃水浴下，以每秒5滴的速度將NaOH乙醇溶液加入步驟（3）的混合物中，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌2h，反應得到沉淀；

（5）將步驟（4）得到的沉淀物過濾，用無水乙醇洗滌3次，在120℃下干燥12h，將得到的白色粉末以1℃/min的速率升溫至700℃焙燒2h，得到核殼結(jié)構(gòu)的NaCl@Al₂O₃高溫相變蓄熱材料。