CN102268244A

CN102268244A - 一种低温无机共晶盐相变材料的制备方法

Info

Publication number: CN102268244A
Application number: CN2011102183130A
Authority: CN
Inventors: 邓天龙; 高道林; 王士强; 郭亚飞; 闫东军; 汤艳荣
Original assignee: Tianjin University of Science and Technology
Current assignee: Tianjin University of Science and Technology
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2011-12-07

Abstract

本发明公开了一种低温无机共晶盐相变材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将氯化钙或其水化物在水溶液中加热直至完全融化，制备成50％氯化钙溶液；(2)把改性剂加入到氯化钙溶液中，改进剂的加入量为无机共晶盐的0～10％重量百分比，在将改性剂加入到氯化钙溶液的，并同时加入成核剂，改进剂的加入量为无机共晶盐的0～10％重量百分比，不断搅拌至均匀，形成混合液；(3)将混合液加热升温至50～80℃，使其充分混合均匀成流体状；(4)冷冻结晶后再融化即得成品，将其灌入容器中进行封装。本相变材料原料丰富、无毒、无腐蚀，制备方法简单、生产便利，在熔融后成均匀的液体状态，易于封装，经过反复试验表明其性能稳定，过冷度小，无相分离等优点。

Description

一种低温无机共晶盐相变材料的制备方法

技术领域

本发明涉及属于化工领域，涉及低温相变材料，具体的说是一种低温无机共晶盐相变材料的制备方法。

背景技术

相变材料在其物相变化过程中可以吸收环境的热(冷)量，并在需要时向环境放出热(冷)量，从而达到控制环境温度的目的。在建筑节能领域，随着人们对居住环境的舒适度要求越来越高，建筑能耗大幅增高，造成能源消耗过快，用电量猛增。如果将相变材料应用于建筑材料中，利用相变材料的循环热能力，不但可以降低建筑能耗，而且还能提高建筑物的舒适度，改善对环境的负面影响，为建筑节能领域的发展开辟新路径。

相变材料主要分为有机相变材料和无机相变材料。前者性能稳定，相变温度范围广，放热过程几乎无过冷和相分离现象，但其相变潜热较低，密度较小，因此单位体积储能量较少，其应用前景未被看好。无机相变材料具有较高的单位体积储能热量和良好的导热性，其缺点是易产生过冷和相分离，如能采用合适方法解决过冷和相分离问题，则无机相变材料将具有十分明显的优势。

目前，对于低温范围内的无机相变材料研究较少，熔点在15～26℃之间的无机材料更少。在这一温度范围内的常见水合盐有六水硝酸锰(25.8℃)和四水氟化钾(18.5℃)，但六水硝酸锰原料不便制备，而且价格较高；四水氟化钾昂贵且腐蚀性强，不合适做储能材料。

通过检索，发现一篇与本专利申请相关的公开专利文献：一种制冷、采暖用的共晶盐相变材料及其制造方法(CN1840603)，一般共晶盐相变材料包括传输介质、共晶盐及结晶核物质，而本发明的相变材料还包括可形成水合物的粘土代替现有技术常使用的熏硅作为表面活性剂，从而解决现有技术中存在的，不能共同熔化或不能产生单一的固相、化学成分容易产生变异以及效率低等问题，同时亦解决熏硅表面活性剂所带来的安全问题。本发明的效果在于由于形成的是一种单一固相，因此衍生出安全、热交换效率高、实用性强、工作温度广、化学稳定性高、可重复使用多年而不会产生化学变质等优点。

上述公开专利文献从技术方案上分析，与本专利申请有较大差异。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种无机共晶盐相变材料的制备方法，以及解决现有技术中相变材料在合成过程中出现的过冷以及相分离问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种低温无机共晶盐相变材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将氯化钙或其水化物在水溶液中加热直至完全融化，制备成50％氯化钙溶液；

(2)把改性剂加入到氯化钙溶液中，改进剂的加入量为无机共晶盐的0～10％重量百分比，在将改性剂加入到氯化钙溶液的同时也将成核剂一并加入，不断搅拌至均匀，形成混合液；

(3)将混合液加热升温至50～80℃，使其充分混合均匀成流体状；

(4)冷冻结晶后融化即得成品，将其灌入容器中进行封装。

而且，所述的改性剂为硝酸钾、硝酸铵、硝酸钙、硝酸镁、氯化钾或氯化铵。

本发明的优点和积极效果是：

1、本相变材料在制备过程时加入防过冷剂和改性剂，其中所加入的防过冷剂硼砂能有效地防止无机共晶盐相变材料在进行相变过程时出现的过冷现象，而添加改性剂能显著的降低无机共晶盐的相变温度；另外，在制备过程中要经过一次冷冻结晶的过程，能有效地促进相变材料的均匀行为，保持储能能力的稳定性。

2、本相变材料的相变潜热达到160～180KJ/Kg，熔点在15～26℃之间，是室温范围内的性能良好的储能材料，具有广阔的应用前景。

3、本相变材料放热过程稳定，过冷度小，无相分离现象，重复性好，性能稳定，可长期使用。

4、本相变材料添加剂种类少，所占含量比例小，避免了添加剂过多而互相影响的问题，保证了相变储能材料具有较好的稳定性。

5、本相变材料原料丰富、无毒、无腐蚀，制备方法简单、生产便利，在熔融后成均匀的液体状态，易于封装，经过反复试验验证其性能稳定，过冷度小，不会出现相分离等优点。

附图说明：

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方法来进一步说明本发明。

一种无机共晶盐相变材料的制备方法，步骤是：

(4)冷冻结晶后融化即得成品，将其灌入容器中进行封装。

本实施例所使用的改性剂包括硝酸钾、硝酸铵、硝酸钙、硝酸镁、氯化钾或氯化铵

下面通过各种实例对本发明进行验证：

实例1：

按表1制定各组分进行下列实验步骤：

步骤1：称量30g无水氯化钙，加入30g水，加热使其完全溶解，制得50％氯化钙溶液；

步骤2：取步骤1中配制好的50％氯化钙溶液加入改性剂硝酸钾，分别配制成含0％、2％、4％、6％、8％、10％硝酸钾的无机共晶盐20g；

步骤3：向步骤2中六组试样分别加入0.2g硼砂，重新加热升温至约110℃，使其混合均匀成流体状；

步骤4：将步骤3所得无机共晶盐冷冻结晶后融化，再将其灌入容器中进行封装。

该实施的测试结果如表1所示，不同配比的相变温度不同，随着硝酸钾的含量增加，其无机共晶盐的相变温度显著降低。

实例2：

按表1指定各组分重复实例1中的实验步骤，但是改性剂改为硝酸铵。

该实施的测试结果如表1所示，不同配比的相变温度不同，随着硝酸铵的含量增加，其无机共晶盐的相变温度显著降低。

实例3：

按表1指定各组分重复实例1中的实验步骤，但是改性剂改为硝酸钙，硼砂用量改为0.4g。

该实施的测试结果如表1所示，不同配比的相变温度不同，随着硝酸钙的含量增加，其无机共晶盐的相变温度有明显的降低。

实例4：

按表1指定各组分重复实例1中的实验步骤，但是改性剂改为硝酸镁，硼砂用量改为0.4g。

该实施的测试结果如表1所示，不同配比的相变温度不同，随着硝酸镁的含量增加，其无机共晶盐的相变温度有明显的降低。

实例5：按表1指定的各组分重复实例1中的实验步骤，但是改性剂改为氯化钾。

该实施的测试结果如表1所示，不同配比的相变温度不同，随着氯化钾的含量增加，其无机共晶盐的相变温度先是小幅度降低，后几乎不变。而且加入的氯化钾含量大于6％时，无机共晶盐底部有不同量的晶体沉积。

实例1：

按表1指定的各组分重复实例1中的实验步骤，但是改性剂改为氯化铵。

该实施的测试结果如表1所示，不同配比的相变温度不同，随着氯化铵的含量增加，其无机共晶盐的相变温度先是小幅度降低，后几乎不变。但是氯化铵的含量为6％、8％、10％时，无机共晶盐底部有大量白色絮状物质，而且氯化铵含量越高，白色絮状物质越多。

表1

-，表示未测定.

综上所述，本发明的无机共晶盐相变材料的制备方法，在制备过程中加入改性剂和防过冷剂；其中，防过冷剂可以有效地防止无机共晶盐相变材料在进行相变过程时出现的过冷现象，而改性剂具有明显的改变相变温度的作用。其中硝酸钾和硝酸铵改变相变温度特别明显，硝酸钙、硝酸镁次之；而氯化钾和氯化铵随着比重的增加，先是略微的降低，后几乎不变。

以上显示和描述了本发明的制备方法、主要特征和本发明的优点。应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种低温无机共晶盐相变材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(4)冷冻结晶后融化即得成品，将其灌入容器中进行封装。

2.根据权利要求1所述的低温无机共晶盐相变材料的制备方法，其特征在于，所述的改性剂为硝酸钾、硝酸铵、硝酸钙、硝酸镁、氯化钾或氯化铵。