CN101555375A - 一种以纳米镍粉为吸收剂的太阳能选择性吸热涂料制备方法 - Google Patents

一种以纳米镍粉为吸收剂的太阳能选择性吸热涂料制备方法 Download PDF

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Abstract

一种以纳米镍粉为吸收剂的太阳能选择性吸热涂料制备方法，先将镍盐和分散剂在50～80℃下放入溶剂中充分搅拌，以30滴/每分的速度滴入碱液中；该溶液在50～80℃下继续搅拌30～60分钟，得到均匀稳定的胶体溶液；再将还原剂溶液以20滴/每分的速度滴入胶体溶液中，然后搅拌和/或超声振荡；当气泡消失后，将所得黑色沉淀依次用氨水、去离子水和乙醇清洗，最后在80℃烘干箱中恒温干燥12小时，得到纳米镍粉；将纳米镍粉同乙醇混合强力搅拌并超声振荡20分钟，然后同丙烯酸树脂混合搅拌30分钟，得到含纳米镍粉太阳能选择性吸热涂料。本发明成本低、制备工艺简单，纳米镍粉分散均匀稳定；可用于制备太阳能选择性吸热涂层。

Description

一种以纳米镍粉为吸收剂的太阳能选择性吸热涂料制备方法
技术领域
本发明涉及一种以纳米镍粉为吸收剂的太阳能选择性吸热涂料制备方法，将该涂料均匀涂覆在基材表面做为太阳能选择性吸热涂层使用。
背景技术
太阳能集热系统中的核心部分是集热器。它是一种特殊的热交换器，可将太阳辐射能转换为工作介质(液体或气体)的热能。为了提高太阳能集热器的效率，最为有效的办法是在保持最大限度地采集太阳能的同时尽可能减小其对流和辐射热损。采用优质选择性吸收涂层材料和高透过率盖板材料是满足上述要求的重要途径。
选择性吸收涂层，如黑镍、黑铬、铝阳极化涂层等，可以用多种方法来制备，如喷涂法、化学法、电化学法、真空蒸发法、磁控溅射法等。从性能角度出发，这几种方法的优劣排列顺序是：磁控溅射法、真空蒸发法、电化学方法、化学方法、喷涂方法。其中，电化学方法是目前国际上使用最多生产太阳能吸热黑镍涂层的方法。但该方法得到的黑镍涂层吸热性能还有进一步提升的空间；且由于方法自身的局限性，如果工艺控制不当，会造成一定的污染，不符合当今的环保需求。近年来新兴的真空镀膜制备选择性涂层的生产工艺不存在污染，涂层集热性能和光学性能优良，但连续化生产线投资较大，涂层生产成本较高，有些真空镀膜涂层耐候性能不很理想，也限制了其大规模的应用。中国专利“空心或包覆型镍合金球形粉末的制备方法”(ZL200510024798.4.)将镍和镍合金空心球做为吸热材料添加到太阳能吸热涂层中，虽然得到了较好的太阳能吸收率，但还有待于进一步改进，太阳能吸收率还有上升空间。纳米材料具有的许多特殊性质，如大比表面积、优良的活性等，如果将分散性良好的纳米镍添加到涂料中得到以纳米镍为吸热剂的太阳能选择性吸热涂料，将更有效地提高太阳能集热器吸热效率。
发明内容
现有技术采用电化学方法生产的太阳能吸热黑镍涂层，吸热性能差，工艺不当易造成污染；采用真空镀膜法制备的选择性吸热涂层，生产线投资大，成本高，涂层耐候性能不理想；选择镍和镍合金空心球做为吸热材料制备的吸热涂层，太阳能吸收率还有待于进一步提高。为克服上述缺点，本发明公开一种以纳米镍粉为吸收剂的太阳能选择性吸热涂料制备方法，在添加不同分散剂的情况下，采用化学还原法制备得到分散均匀、稳定的纳米镍粉。然后将纳米镍粉同丙烯酸树脂、乙醇按照一定比例组合成太阳能选择性吸热涂料，可应用在太阳能真空管式集热器或平板集热器等需要对太阳能进行选择性吸热的场合。
一种以纳米镍粉为吸收剂的太阳能选择性吸热涂料制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：
A)将0.01～0.1mol镍盐和0.5～5mmol分散剂在50～80℃下放入100～1000ml溶剂中，充分搅拌溶解后，以30滴/每分钟的速度滴入60～500ml碱液(浓度1M)；滴加完毕后溶液在50～80℃下继续搅拌30～60分钟，得到均匀稳定的胶体溶液；
B)将配制好的还原剂溶液以20滴/每分的速度滴入由步骤A)制备的胶体溶液中，还原剂溶液的滴入方法为搅拌和/或超声振荡，溶液中不断产生气泡并有黑色沉淀析出；
C)当气泡消失后，将所得黑色沉淀用氨水、去离子水和乙醇按顺序清洗，最后在80℃烘干箱中恒温干燥12小时，得到纳米镍粉；
D)将10～20质量份的纳米镍粉同30～50质量份的乙醇混合后强力搅拌并超声振荡20分钟，然后同30～60质量份的丙烯酸树脂混合，搅拌30分钟后得到含纳米镍粉太阳能选择性吸热涂料。
A)中所述镍盐为氯化镍、硫酸镍或醋酸镍。
A)中所述分散剂为十二烷基硫酸钠、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮。
A)中所述溶剂为乙醇、丙二醇或乙二醇。
A)中所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾。
B)中所述还原剂为硼氢化钠或水合肼。
本发明制备了一种以纳米镍粉为吸收剂的太阳能选择性吸热涂料。纳米镍粉在涂料中分散均匀稳定，表面积大，活性高，有利于太阳能热量的选择性吸收，从而提高了太阳能真空管式集热器或平板集热器的太阳能选择性吸热性能。
本发明的优点和积极效果是：成本低、制备工艺简单，不需要复杂的设备。得到的纳米镍粉分散均匀、稳定；在涂料中具备良好的分散性，可应用在太阳能真空管式集热器或平板集热器等需要对太阳能进行选择性吸热的场合。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明加以详细说明，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0.01mol氯化镍和0.5mmol十二烷基硫酸钠在50℃下放入100ml乙醇中，充分搅拌溶解后，以30滴/每分的速度滴入60ml氢氧化钠溶液(浓度1M)。滴加完毕后溶液在50℃下继续搅拌30分钟，得到均匀稳定的胶体溶液。将配制好的硼氢化钠溶液以20滴/每分的速度滴入胶体溶液并保持搅拌，溶液中不断产生气泡并有黑色沉淀析出。当气泡消失后，将所得黑色沉淀用氨水、去离子水和乙醇按顺序清洗，最后在80℃烘干箱中恒温干燥12小时，得到纳米镍粉。
将10质量份的纳米镍粉同30质量份的乙醇混合后强力搅拌并超声振荡20分钟，然后同60质量份的丙烯酸树脂混合，搅拌30分钟后得到含纳米镍粉太阳能选择性吸热涂料，涂布后涂层的平均吸收率约为0.965。
实施例2：
将0.1mol硫酸镍和5mmol聚乙二醇在80℃下放入1000ml丙二醇中，充分搅拌溶解后，以30滴/每分的速度滴入500ml氢氧化钾溶液(浓度1M)。滴加完毕后溶液在80℃下继续搅拌60分钟，得到均匀稳定的胶体溶液。将配制好的水合肼溶液以20滴/每分的速度滴入胶体溶液并保持超声振荡，溶液中不断产生气泡并有黑色沉淀析出。当气泡消失后，将所得黑色沉淀用氨水、去离子水和乙醇按顺序清洗，最后在80℃烘干箱中恒温干燥12小时，得到纳米镍粉。
将10质量份的纳米镍粉同50质量份的乙醇混合后强力搅拌并超声振荡20分钟，然后同40质量份的丙烯酸树脂混合，搅拌30分钟后得到含纳米镍粉太阳能选择性吸热涂料，涂布后涂层的平均吸收率约为0.975。
实施例3：
将0.06mol醋酸镍和3mmol聚乙烯吡咯烷酮在60℃下放入600ml乙二醇中，充分搅拌溶解后，以30滴/每分的速度滴入300ml氢氧化钠溶液(浓度1M)。滴加完毕后溶液在60℃下继续搅拌50分钟，得到均匀稳定的胶体溶液。将配制好的还原剂溶液以20滴/每分的速度滴入胶体溶液并保持搅拌，溶液中不断产生气泡并有黑色沉淀析出。当气泡消失后，将所得黑色沉淀用氨水、去离子水和乙醇按顺序清洗，最后在80℃烘干箱中恒温干燥12小时，得到纳米镍粉。
将15质量份的纳米镍粉同45质量份的乙醇混合后强力搅拌并超声振荡20分钟，然后同40质量份的丙烯酸树脂混合，搅拌30分钟后得到含纳米镍粉太阳能选择性吸热涂料，涂布后涂层的平均吸收率约为0.958。
实施例4：
将0.08mol镍盐和4mmol分散剂在70℃下放入800ml溶剂中，充分搅拌溶解后，以30滴/每分的速度滴入400ml碱液(浓度1M)。滴加完毕后溶液在70℃下继续搅拌40分钟，得到均匀稳定的胶体溶液。将配制好的还原剂溶液以20滴/每分的速度滴入胶体溶液并保持搅拌并超声振荡，溶液中不断产生气泡并有黑色沉淀析出。当气泡消失后，将所得黑色沉淀用氨水、去离子水和乙醇按顺序清洗，最后在80℃烘干箱中恒温干燥12小时，得到纳米镍粉。将15质量份的纳米镍粉同30质量份的乙醇混合后强力搅拌并超声振荡20分钟，然后同55质量份的丙烯酸树脂混合，搅拌30分钟后得到含纳米镍粉太阳能选择性吸热涂料，涂布后涂层的平均吸收率约为0.969。

Claims (6)

1.一种以纳米镍粉为吸收剂的太阳能选择性吸热涂料制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：
A)将0.01～0.1mol镍盐和0.5～5mmol分散剂在50～80℃下放入100～1000ml溶剂中，充分搅拌溶解后，以30滴/每分钟的速度滴入60～500ml浓度为1M的碱液中；滴加完毕后溶液在50～80℃下继续搅拌30～60分钟，得到均匀稳定的胶体溶液；
B)将配制好的还原剂溶液以20滴/每分的速度滴入由步骤A)制备的胶体溶液中，还原剂溶液的滴入方法为搅拌和/或超声振荡，溶液中不断产生气泡并有黑色沉淀析出；
C)当气泡消失后，将所得黑色沉淀依次用氨水、去离子水和乙醇清洗，最后在80℃烘干箱中恒温干燥12小时，得到纳米镍粉；
D)将10～20质量份的纳米镍粉同30～50质量份的乙醇混合后强力搅拌并超声振荡20分钟，然后同30～60质量份的丙烯酸树脂混合，搅拌30分钟后得到含纳米镍粉太阳能选择性吸热涂料。
2.根据权利要求1所述的一种以纳米镍粉为吸收剂的太阳能选择性吸热涂料制备方法，其特征在于：A)中所述镍盐为氯化镍、硫酸镍或醋酸镍。
3.根据权利要求1所述的一种以纳米镍粉为吸收剂的太阳能选择性吸热涂料制备方法，其特征在于：A)中所述分散剂为十二烷基硫酸钠、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的一种以纳米镍粉为吸收剂的太阳能选择性吸热涂料制备方法，其特征在于：A)中所述溶剂为乙醇、丙二醇或乙二醇。
5.根据权利要求1所述的一种以纳米镍粉为吸收剂的太阳能选择性吸热涂料制备方法，其特征在于：A)中所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾。
6.根据权利要求1所述的一种以纳米镍粉为吸收剂的太阳能选择性吸热涂料制备方法，其特征在于：B)中所述还原剂为硼氢化钠或水合肼。
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