CN103468217B - 一种高温无机纳米相变储能材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种高温无机纳米相变储能材料及其制备方法，属建筑低碳节能技术领域,是以正硅酸乙酯Si(OC2H5)4，正钛酸四丁酯Ti(OC2H5)4和硝酸锰Mn(NO3)2水解而成的硅胶、氧化钛和二氧化锰粉为纳米胶粉壁材，以纳米7水硫酸钴CoSO4·7H2O为芯材，由纳米胶粉壁材包裹纳米无机盐水合物相变材料芯材而成无机纳米储能材料，相变温度96.8℃，宜于作高温烘房隔热、保温材料。

Description

一种高温无机纳米相变储能材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑低碳节能技术领域,具体地说是一种高温无机纳米相变储能材料及其制备方法。
背景技术
自然环境中每天产生大量的热量，如：太阳能、动物体散发热、燃烧热、摩擦热、物体运转热等。相变储能材料是在其本身发生相变的过程中，吸收这些热量的物质，并在需要时向环境释放，而达到控制周围环境温度和节能的目的。按其化学组成可以分为：有机相变储能材料、混合相变储能材料和无机相变储能材料。有机相变储能材料具有化学稳定性好、相变温度适中、无相分离等优点，然而,有机相变储能材料导热系数较低,致使其在储能系统的应用中传热性能差,从而降低了系统的效能；混合相变储能材料具有在一定范围内可调的优点，但容易老化，经过几次循环后就失去储能效果；无机相变储能材料具有使用范围广、导热系数大、融解热较大、贮热密度大、相变体积变化小、毒性小、价格便宜等优点，深得人们青睐，因此这类无机储能材料的制备和应用在专利申请方面越来越多，如：《一种无机盐/陶瓷基高温相变储能材料的制备工艺》，申请号200510120619.7；《一种无机相变储能材料》，申请号201210037753；《一种无机盐/陶瓷基高温相变储能材料的制备工艺》，申请号CN200810065301.7；《一种高性能中温无机相变储能材料及其制备方法》，申请号201210557115等等。无机相变储能材料通常存在过冷、非均匀融解和相分离等现象，致使应该储能时不储能，应该释放能时不释放能，系统中出现明显分层，相变焓大大衰减。为了解决上述问题，发明人提出各种方案，如《一种储热介质及其用途》，申请号200610104583.8，提出硝酸镁，氯化镁和水组成共晶的盐水化合物；《一种无机相变储能材料》，申请号201210037753.0，采用在无机盐水合物中加入成核剂和分散剂；《一种无机水合盐相变储能材料的制备方法》，申请号200810065301.7，采用在无机盐水合物中加防过冷剂四硼酸钠，这些方法虽然有一些效果，但也只局限于某些体系，在相变储能材料选择和使用存在一定的局限，本发明发明人研究发现，将无机盐水合物相变储能材料分散到纳米级微粒，包裹成纳米微胶囊，能很好地解决相变储能材料的过冷和相分离问题，发明人根据这一发现和构思开发出一系列纳米无机相变储能材料，本发明就是开发的这种无机相变储能材料之一。
发明内容
本发明的目的在于将无机盐水合物相变储能材料分散到纳米级微粒，并包裹在纳米微胶囊中，克服相变储能材料的过冷和相分离问题，开发出一系列与现有技术不同的无机相变储能材料，满足不同保温，隔热，储能，调温对象对不同无机相变材料性能的要求。
本发明一种高温无机纳米相变储能材料是以无机纳米胶粉做壁材，以纳米无机水合盐相变材料作芯材，由纳米胶粉壁材包裹纳米无机盐水合物相变材料芯材而成无机纳米储能材料，所指无机胶粉是由正硅酸乙酯Si(OC2H5)4，正钛酸四丁酯Ti(OC2H5)4和硝酸锰Mn(NO3)2水解而成的硅胶、氧化钛、二氧化锰粉，正硅酸乙酯Si(OC2H5)4，正钛酸四丁酯Ti(OC2H5)4和硝酸锰Mn(NO3)2折合成氧化物满足SiO2/TiO2/MnO2分子间的比例为0.8-1.2︰0.6-1.5︰0.7-1.6，所指的纳米无机盐水合物是硫酸钴CoSO4·7H2O，壁材和芯材的重量比为6：4，产品尺度60纳米，相变温度96.8℃；冷却曲线证明无过冷和相分离问题；储能密度500J/g;胶囊性质稳定，在PH5-9溶液中不溶，在进行80次高温淋水循环和25次加热冷冻循环后质量损失小于1%；未发现过冷和相分离。
本发明一种高温无机纳米相变储能材料的制备方法，依次按下列步骤加工：
（1）取工业级原料硫酸钴配制成饱和水溶液，过滤除去杂质，滤液加入二倍体积的乙醇，搅拌，得纳米级相变材料，硫酸钴CoSO4·7H2O芯材沉淀；
（2）称取正硅酸乙酯Si(OC2H5)4，正钛酸四丁酯Ti(OC2H5)4和硝酸锰Mn(NO3)2水解而成的硅胶、氧化钛、二氧化锰粉，正硅酸乙酯Si(OC2H5)4，正钛酸四丁酯Ti(OC2H5)4和硝酸锰Mn(NO3)2折合成氧化物满足SiO2/TiO2/MnO2分子间的比例为0.8-1.2︰0.6-1.5︰0.7-1.6；
（3）将步骤（2）称取物逐一加入步骤（1），边加边搅拌，步骤（2）所得氧化物总重与步骤（1）原料重量比为6︰4；
（4）将步骤（3）的混合体在20℃条件下以600-1000r/min转速进行搅拌2小时，使纳米壁材硅胶、氧化钛、二氧化锰粉将纳米芯材硫酸钴CoSO4·7H2O进行包裹；
（5）离心脱水，滤液蒸馏回收乙醇，固体干燥为产品。
上述离心脱水后滤液蒸馏回收乙醇。
根据本发明提供的参数为建材设计时应用。
本发明产品主要是应用于建筑烘房隔热保温材料。
上述正钛酸四丁酯Ti(OC2H5)4可以用钛酸四异丙酯Ti[OCH(CH3)2]4代替。
本发明原理是以纳米级无机相变储能材料7水硫酸钴CoSO4·7H2O为芯材，以正硅酸乙酯Si(OC2H5)4，正钛酸四丁酯Ti(OC2H5)4和硝酸锰Mn(NO3)2水解而成的硅胶、氧化钛、二氧化锰粉作为壁材，由纳米胶粉壁材包封纳米芯材无机盐水合物相变储能材料而成无机纳米储能材料，克服相变储能材料7水硫酸钴存在的过冷，分层和相分离等诸多问题，从而使之成为稳定的相变储能材料，用作烘房保温隔热材料。
发明效果：
1.本发明产品相变温度96.8℃，储热密度160-500J/g，无毒，无腐蚀，特别适合于烘房保温，隔热，储能，调温。
2.本发明产品工艺简单，成本低质量易控，稳定。
3.反复使用无相分离。
4.本发明通过快速反应，将无机盐水合物迅速分散成纳米级微粒，并被磷酸铝包裹，无机盐结晶水不易散失，微粒分子运动受到约束，有效控制了过冷和相分离的现象，是一种很好的相变储能材料。
附图说明
图1为本发明产品熔化--凝固曲线，从图可知，本发明产品相变温度96.4℃。
具体实施方式
实施例1
（1）取工业级原料硫酸钴400g配制成饱和水溶液，过滤除去杂质，滤液加入二倍体积的乙醇，搅拌，得纳米级相变材料，硫酸钴CoSO4·7H2O芯材沉淀；
（2）称取正硅酸乙酯Si(OC2H5)4 171.6g，正钛酸四丁酯Ti(OC2H5)4280.8g和硝酸锰Mn(NO3)2147.6g水解而成的硅胶、氧化钛、二氧化锰粉，正硅酸乙酯Si(OC2H5)4，正钛酸四丁酯Ti(OC2H5)4和硝酸锰Mn(NO3)2折合成氧化物满足SiO2/TiO2/MnO2分子间的比例为1:1:1；
（3）将步骤（2）称取物逐一加入步骤（1），边加边搅拌，步骤（2）所得氧化物总重与步骤（1）原料重量比为6︰4；
(4)将步骤（3）的混合物以600r/min转速进行搅拌2小时，使纳米壁材硅胶、二氧化钛、二氧化锰粉将纳米芯材硫酸钴CoSO4·7H2O进行包裹；
（5）离心脱水，滤液蒸馏回收乙醇，固体为产品。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式的限制，任何脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种高温无机纳米相变储能材料，其特征是以无机纳米胶粉做壁材，以纳米无机水合盐相变材料作芯材，由纳米胶粉壁材包裹纳米无机盐水合物相变材料芯材加工而成无机纳米储能材料，所指无机胶粉是由正硅酸乙酯Si(OC2H5)4，正钛酸四丁酯Ti(OC2H5)4和硝酸锰Mn(NO3)2水解而成的硅胶、氧化钛、二氧化锰粉，正硅酸乙酯Si(OC2H5)4，正钛酸四丁酯Ti(OC2H5)4和硝酸锰Mn(NO3)2折合成氧化物满足SiO2/TiO2/MnO2分子间的比例为0.8-1.2︰0.6-1.5︰0.7-1.6，所指的纳米无机盐水合物是硫酸钴CoSO4.7H2O，壁材和芯材的重量比为6︰4，产品尺度60纳米，相变温度96.8℃；冷却曲线证明无过冷和相分离问题；储能密度160-500J/g;胶囊性质稳定，在PH5-9溶液中不溶，在进行80次高温淋水循环和25次加热冷冻循环后质量损失小于1%；未发现过冷和相分离，所指加工方法，依次按下列步骤加工：
（1）取工业级原料硫酸钴配制成饱和水溶液，过滤除去杂质，滤液加入二倍体积的乙醇，搅拌，得纳米级相变材料，硫酸钴CoSO4·7H2O芯材沉淀；
（2）称取正硅酸乙酯Si(OC2H5)4，正钛酸四丁酯Ti(OC2H5)4和硝酸锰Mn(NO3)2水解而成的硅胶、氧化钛、二氧化锰粉，正硅酸乙酯Si(OC2H5)4，正钛酸四丁酯Ti(OC2H5)4和硝酸锰Mn(NO3)2折合成氧化物满足SiO2/TiO2/MnO2分子间的比例为0.8-1.2︰0.6-1.5︰0.7-1.6；
（3）将步骤（2）称取物逐一加入步骤（1），边加边搅拌，步骤（2）所得氧化物总重与步骤（1）原料重量比为6︰4；
（4）将步骤（3）的混合体在20℃条件下以600-1000r/min转速进行搅拌2小时，使纳米壁材硅胶、氧化钛、二氧化锰粉将纳米芯材硫酸钴CoSO4·7H2O进行包裹；
（5）离心脱水，滤液蒸馏回收乙醇，固体干燥为产品。
2.根据权利要求1所述的一种高温无机纳米相变储能材料，其特征是离心脱水后滤液蒸馏回收乙醇。
3.根据权利要求1所述的一种高温无机纳米相变储能材料在建材设计方面的应用。
4.根据权利要求3所述的一种高温无机纳米相变储能材料的应用，其特征是应用于建筑烘房隔热保温材料。
5.根据权利要求1所述的一种高温无机纳米相变储能材料，其特征是用钛酸四异丙酯Ti[OCH(CH3)2]4代替正钛酸四丁酯Ti(OC2H5)4。
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