CN101407714A - 一种石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料及制备方法 - Google Patents

一种石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料，其特征在于：将物理截断的碳纳米管与石蜡复合形成均匀稳定的复合物。合成方法：A)碳纳米管球磨截断：将碳纳米管在100－300℃烘箱干燥0－12小时，以碳纳米管与球的质量比1/20－1/200入球磨罐球磨3－40小时；B)合成石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料：将截断后的碳纳米管加入融化的石蜡中或将碳纳米管和石蜡的混合物加热至熔融，磁力搅拌该熔融物10－120min，保温超声10－300min，制得均匀稳定的石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料。本发明熔融态混合物中碳纳米管不沉降分离，稳定性好，不易堵塞管道；且制备工艺简单，有利于工业化。

Description

一种石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于相变储能系统的具有高稳定性和高导热系数的相变蓄热材料，具体涉及一种截断成具有适中长径比的碳纳米管分散在母体石蜡中的纳米复合相变蓄热材料及制备方法。
背景技术
随着能源环境形势的日益严峻，迫切需要在高效能源、节能技术、清洁能源和可再生环保型能源等领域取得进展。相变储能是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，是缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式。相变材料(PCM)是相变储能技术的核心。
目前，绝大多数无机物PCM具有腐蚀性而且在相变过程中具有过冷和相分离的缺点，限制其应用领域；而有机PCM腐蚀性小、在相变过程中几乎没有过冷和相分离的缺点，且化学性能稳定、价格便宜，因此，在太阳能利用和建筑物采暖及空调的节能等领域，有机PCM的应用十分普遍。然而，有机PCM普遍存在导热系数低的缺点，致使其在储能系统的应用中传热性能差、蓄热量利用率低，从而降低了系统的效能。
提高有机PCM本身导热系数的主要途径是制备复合相变材料。目前，在相变材料中添加的颗粒大多是毫米或微米级固体颗粒[L.F.Cabeza，et al.Applied Thermal Eng.22(2002)：1141]。其缺点是，由于金属或金属氧化物与有机PCM间存在较大的密度差，在复合相变材料融化时，毫米级或微米级的固体颗粒极易在混合液中沉淀析出；另外含大颗粒的复合相变材料在把储存的能量转移时，容易引起磨损或堵塞等不良结果。
发明内容
本发明公开了一种石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料及制备方法，其目的在于克服现有技术中，无机物PCM具有腐蚀性而且在相变过程中具有过冷和相分离的缺点，有机PCM由于添加的颗粒大多是毫米或微米级固体颗粒，极易在混合液中沉淀析出，大颗粒的复合相变材料在把储存能量转移时，容易引起磨损或堵塞等弊端，本发明将长径比适中的碳纳米管通过磁力搅拌和超声振动分散到石蜡中形成有机物基含碳纳米管复合相变材料，不但提高了石蜡的导热系数，而且制备工艺简单，有利于工业化。
一种石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料，其特征在于将物理截断的碳纳米管与石蜡复合形成均匀稳定的复合物。
一种石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料的制备方法，其特征在于按照如下步骤合成：
A)碳纳米管球磨截断：将碳纳米管在100-300℃烘箱干燥0-12小时，以碳纳米管与球的质量比1/20-1/200入球磨罐球磨3-40小时，得到处理好的碳纳米管；
B)合成石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料：将截断后的碳纳米管加入融化的石蜡中或将碳纳米管和石蜡的混合物加热至熔融，磁力搅拌该熔融物10-120min，保温超声10-300min，制得均匀稳定的石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料。
本发明通过球磨法对碳纳米管进行长径比优化处理后；将长径比适中的碳纳米管通过磁力搅拌和超声振动分散到石蜡中形成有机物基含碳纳米管复合相变材料。
本发明与母体材料相比，其优点和积极效果是：提高了石蜡的导热系数；熔融态混合物中碳纳米管不沉降分离，稳定性好；碳纳米管还可起到润滑的作用，不易堵塞管道。而且，该复合相变材料制备简单，有利于工业化。本发明制备的含碳纳米管复合相变蓄热材料当碳纳米管质量分数0.5％时复合相变材料25℃的导热系数比母体的导热系数提高24％。
附图说明
图1为石蜡及实施例1、2、3所得碳纳米管/石蜡复合相变材料的导热系数随温度变化图。
图1中■：代表纯石蜡；○：代表样品1；▲：代表样品2；☆：代表样品3；
样品1为实施例1所得石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料；
样品2为实施例2所得石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料；
样品3为实施例3所得石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步阐述本发明，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
实施例1：将碳纳米管在300℃烘箱干燥2小时，以碳纳米管与不锈钢球质量比为1/20的放入球磨罐球磨40小时。得到截断处理的碳纳米管；将截断后的碳纳米管以质量比1％含量加入融化的石蜡中，磁力搅拌该熔融物120min，保温超声10min，制得均匀稳定的石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料。制得的石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料稳定性好，融化时总相变潜热达161.94J/g，熔点52.45℃，由附图1可见，添加了碳纳米管的复合物无论液相还是固相的导热能力都比石蜡有较大的提高。该方法得到的复合物的导热系数与石蜡相比平均提高21％，液态导热系数与石蜡相比平均提高24％。
实施例2：将碳纳米管在100℃烘箱干燥3小时，以碳纳米管与玛瑙球质量比为1/100的放入球磨罐球磨3小时。得到截断处理的碳纳米管；将截断后的碳纳米管以质量比2％含量加入石蜡中，将碳纳米管和石蜡的混合物加热至熔融，磁力搅拌该熔融物10min，保温超声200min，制得均匀稳定的石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料。制得的石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料稳定性好，融化时总相变潜热达158.76J/g，熔点51.66℃，导热系数与石蜡相比平均提高33％，液态导热系数与石蜡相比平均提高29％。由附图1可见，随碳纳米管与石蜡的质量比的增加，复合物的导热系数也相应增加。
实施例3：将碳纳米管直接使用，以碳纳米管与玛瑙球质量比为1/50的比例放入球磨罐球磨9小时。得到截断处理的碳纳米管；将截断后的碳纳米管以质量比5％含量加入融化的石蜡中，磁力搅拌该熔融物30min，保温超声300min，制得均匀稳定的石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料。制得的石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料稳定性好，融化时总相变潜热达143.17J/g，熔点51.56℃，导热系数与石蜡相比平均提高38％，液态导热系数与石蜡相比平均提高29％。由附图1可见，尽管随碳纳米管与石蜡的质量比的增加，复合物的导热系数相应增加，但，由于前处理过程和复合物的制作过程不同，复合物的导热系数并不随碳纳米管的增加而成比例增加。
实施例4：将碳纳米管在100℃烘箱干燥6小时，以碳纳米管与玛瑙球质量比为1/100的比例放入球磨罐球磨15小时。得到截断处理的碳纳米管；将截断后的碳纳米管以质量比0.5％含量加入融化的石蜡中，磁力搅拌该熔融物20min，保温超声200min，制得均匀稳定的石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料。制得的石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料稳定性好，融化时总相变潜热达168.0J/g，熔点52.21℃，导热系数与石蜡相比平均提高20.8％，液态导热系数与石蜡相比平均提高24％。
实施例5：将碳纳米管在100℃烘箱干燥12小时，以碳纳米管与玛瑙球质量比为1/200的比例放入球磨罐球磨15小时。得到截断处理的碳纳米管；将截断后的碳纳米管以质量比0.2％含量加入融化的石蜡中，磁力搅拌该熔融物20min，保温超声240min，制得均匀稳定的石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料。制得的石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料稳定性好，融化时总相变潜热达165.07J/g，熔点52.92℃，导热系数与石蜡相比平均提高13％，液态导热系数与石蜡相比平均提高18％。

Claims (2)

1.一种石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料，其特征在于：将物理截断的碳纳米管与石蜡复合形成均匀稳定的复合物。
2.一种石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料的制备方法，其特征在于按照如下步骤合成：
A)碳纳米管球磨截断：将碳纳米管在100-300℃烘箱干燥0-12小时，以碳纳米管与球的质量比1/20-1/200入球磨罐球磨3-40小时，得到处理好的碳纳米管；
B)合成石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料：将截断后的碳纳米管加入融化的石蜡中或将碳纳米管和石蜡的混合物加热至熔融，磁力搅拌该熔融物10-120min，保温超声10-300min，制得均匀稳定的石蜡基碳纳米管复合相变蓄热材料。
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