CN103923613A - 一种低温六水氯化钙蓄热材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温六水氯化钙蓄热材料及制备方法，制得的该低温六水氯化钙相变蓄热材料由六水氯化钙和成核剂和增稠剂按质量百分比组成，其中，成核剂为硼砂、氧化铝或九水偏硅酸钠，增稠剂为羧甲基纤维素钠（CMC）；其中六水氯化钙为相变基础材料，用量为95%～98%；通过分别添加1%的硼砂和1%的羧甲基纤维素钠（CMC）或1%的氧化铝和4%的CMC或1%的九水偏硅酸钠和2%的CMC对六水氯化钙进行改性，制成的低温六水氯化钙蓄热材料的相变潜热为150J/g左右、相变温度在25～30℃、过冷度小于2℃，经过3000次循环后吸热和放热性能稳定。在农业设施和住宅建筑中具有良好的应用前景。

Description

一种低温六水氯化钙蓄热材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种相变蓄热材料，特别涉及一种过冷度小于2℃无相分离的六水氯化钙蓄热材料及制备方法。

背景技术

经过30年的发展，节能型日光温室的规模和技术显著提高，该型温室在农业中占的比重越来越高，成为北方农民致富增收的重要农业建筑物。日光温室是具有中国特色的蔬菜栽培设施，能充分利用太阳能，在北方地区一般不加温就可以进行蔬菜越冬生产。但北方寒冷地区，由于冬季的最低气温会达到零下10℃，甚至更低，导致温室内温度降至5℃以下，无法满足温室栽培作物的适宜生长温度（15～30℃）。传统的方法是在日光温室内安装并运行加温设备，导致温室的生产成本大大提高，降低温室生产利润和效益。

将相变材料应用于日光温室，在白天温室内温度较高时，相变材料将温室内多余的热量储存起来；在夜晚温室内气温降低时，相变材料将白天储存的热量释放回温室，能有效提高温室夜间温度，在不加热情况下，满足温室内作物生长的温度环境。

六水氯化钙是一种典型的无机低温相变蓄热材料，其相变温度为29.92℃，熔解热为190J/g，具有制备简单方便，价格低廉等优点。由于六水氯化钙有较高的潜热值，相变温度又在适合植物生长温度15～30℃之间。若将其应用于温室，不但可以减少温室运行费用，又可以充分利用太阳能，提高生产效益。但六水氯化钙同其它无机水合盐一样，具有严重的过冷现象（过冷度为20℃）及相分离现象，纯六水氯化钙在降温时热量无法充分释放出来，所以要将其应用于温室实际生产中，必须解决其过冷和相分离问题。因此，研究消除六水氯化钙过冷度和相分离现象的成核剂和增稠剂的配方与配比，制备性能良好的六水氯化钙蓄热材料是申请人研究的课题之一。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种低温六水氯化钙蓄热材料及制备方法，通过降温结晶制备纯净六水氯化钙晶体，并向纯净六水氯化钙晶体中添加不同种类和比例的成核剂及增稠剂，得到过冷度小于2℃无相分离性能稳定的低温六水氯化钙蓄热材料。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术解决方案得以实现：

一种低温六水氯化钙相变蓄热材料，其特征在于，制得的该低温六水氯化钙相变蓄热材料由六水氯化钙和成核剂和增稠剂按质量百分比组成，其中，成核剂为硼砂、氧化铝或九水偏硅酸钠，增稠剂为羧甲基纤维素钠（CMC）；

六水氯化钙的用量为98%，硼砂的用量为1%，羧甲基纤维素钠（CMC）的用量为1%；或者

六水氯化钙的用量为95%，氧化铝的用量为1%，羧甲基纤维素钠（CMC）的用量为4%；或者

六水氯化钙的用量为97%，九水偏硅酸钠的用量为1%，羧甲基纤维素钠（CMC）的用量为2%。

上述低温六水氯化钙蓄热材料的制备方法，其特征在于，该方法以六水氯化钙为相变基础材料，并在其中加入成核剂和增稠剂进行改性，包括以下步骤：

1）将无水氯化钙缓慢加入到恒温50℃热水中，直到无水氯化钙不再溶解且有沉淀为止，进行过滤，得到纯净氯化钙饱和溶液；

2）将纯净的氯化钙饱和溶液置于5℃的恒温环境中，使氯化钙饱和溶液降温结晶，得到六水氯化钙晶体；将六水氯化钙晶体置于5℃的低温干燥环境中进行低温干燥，得到纯净六水氯化钙晶体；

3）在纯净六水氯化钙中加入成核剂和增稠剂，加热熔解制备出过冷度小于2℃无相分离的低温六水氯化钙蓄热材料。

本发明制备的低温六水氯化钙蓄热材料具有以下优点：

1、相变焓值高（150J/g左右）、相变温度合适（30℃左右）、循环使用后性能稳定。

2、相变过程可逆，与纯净的六水氯化钙相比，过冷度小于2℃度，无相分离现象，性能稳定。

3、制备简单方便，原料易得，价格低廉。

附图说明

图1为本发明的低温六水氯化钙蓄热材料的DSC图，熔解温度为30.33℃，相变潜热值为153.7J/g。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明的设计思路是对已知的六水氯化钙进行改性，得到相变焓值高、相变温度合适、循环使用性能稳定、相变过程可逆的低温六水氯化钙相变蓄热材料。

本实施例给出一些具体的低温六水氯化钙相变蓄热材料的配方，该低温六水氯化钙相变蓄热材料由六水氯化钙和成核剂和增稠剂按质量百分比组成，其中，六水氯化钙为相变基础材料，成核剂为硼砂、氧化铝或九水偏硅酸钠，增稠剂为羧甲基纤维素钠（CMC）。

第一种方案：所述六水氯化钙的用量为98%，硼砂的用量为1%，羧甲基纤维素钠（CMC）的用量为1%。

第二种方案：所述六水氯化钙的用量为95%，氧化铝的用量为1%，羧甲基纤维素钠（CMC）的用量为4%。

第三种方案：所述六水氯化钙的用量为97%，九水偏硅酸钠的用量为1%，羧甲基纤维素钠（CMC）的用量为2%。

上述低温六水氯化钙蓄热材料的制备方法，以六水氯化钙为相变基础材料，并在其中加入成核剂和增稠剂进行改性，包括以下步骤：

1）将无水氯化钙缓慢加入到恒温50℃热水中，直到无水氯化钙不再溶解且有沉淀为止，进行过滤，得到纯净氯化钙饱和溶液；

2）将纯净的氯化钙饱和溶液置于5℃的恒温环境中，使氯化钙饱和溶液降温结晶，得到六水氯化钙晶体；将六水氯化钙晶体置于5℃的低温干燥环境中进行低温干燥，得到纯净六水氯化钙晶体；

3）在纯净六水氯化钙中加入成核剂和增稠剂，加热熔解制备出过冷度小于2℃无相分离的低温六水氯化钙蓄热材料。

本实施例中，六水氯化钙的分子式为CaCl₂·6H₂O，分子量为219.08，熔点为29℃。

以下为申请人给出的较优的实施例，本发明不限于这些实施例，不排除通过添加其它不同种类和比例的成核剂及增稠剂来制得性能稳定的低温六水氯化钙蓄热材料的可能。

实施例1：

本实施例采用无水氯化钙、硼砂和羧甲基纤维素钠（CMC）为原材料制备低温六水氯化钙相变蓄热材料，其中，无水氯化钙用量为98%（质量比），硼砂用量为1%（质量比），羧甲基纤维素钠用量为（CMC）1%（质量比），首先通过溶解降温结晶得到纯净的六水氯化钙晶体，在纯净的六水氯化钙晶体中添加硼砂和羧甲基纤维素钠（CMC），本实施例中硼砂作为成核剂，羧甲基纤维素钠（CMC）作为增稠剂，加热至40℃直至液态，搅拌均匀。将均匀溶液置于20℃以下24小时，形成固化的六水氯化钙蓄热材料。

如图1所示，经申请人测试，本实施例制备的低温六水氯化钙相变蓄热材料，经过3000次循环后吸热和放热性能稳定。其潜热值为153.70J/g，熔解温度为30.33℃，相变温度在25～30℃，过冷度小于2℃和且无相分离现象，性能稳定。

实施例2：

本实施例同样采用实施例1的方法制备低温六水氯化钙蓄热材料，采用无水氯化钙、氧化铝和羧甲基纤维素钠（CMC）为原材料，其中，无水氯化钙用量为95%（质量比），氧化铝的用量为1%（质量比）。羧甲基纤维素钠（CMC）的用量为4%（质量比），本实施例中氧化铝作为成核剂，羧甲基纤维素钠（CMC）作为增稠剂，首先通过溶解降温结晶得到纯净的六水氯化钙晶体，在纯净的六水氯化钙晶体中添加氧化铝和羧甲基纤维素钠（CMC），加热至40℃直至液态，搅拌均匀。将均匀溶液置于20℃以下24小时，形成固化的六水氯化钙蓄热材料，其相变潜热值为150.40J/g，熔解温度为29.82℃，相变温度在25～30℃，过冷度小于2℃且无相分离现象，性能稳定。

经申请人测试，本实施例制备的低温六水氯化钙相变蓄热材料，经过3000次循环后吸热和放热性能稳定。

实施例3：

本实施例采用按实施例1的方法制备低温六水氯化钙蓄热材料，采用无水氯化钙、九水偏硅酸钠和羧甲基纤维素钠（CMC）为原材料，其中六水氯化钙的用量为97%（质量比），九水偏硅酸钠的用量为1%（质量比），羧甲基纤维素钠（CMC）的用量为2%（质量比）；本实施例中，九水偏硅酸钠作为成核剂，羧甲基纤维素钠（CMC）作为增稠剂，首先通过溶解降温结晶得到纯净的六水氯化钙晶体，在纯净的六水氯化钙晶体中添加九水偏硅酸钠和羧甲基纤维素钠（CMC），加热至40℃直至液态，搅拌均匀。将均匀溶液置于20℃以下24小时，形成固化的六水氯化钙蓄热材料，其相变潜热值为151.90J/g，熔解温度为30.12℃，相变温度在25～30℃，过冷度小于2℃且无相分离现象，性能稳定。

经申请人测试，本实施例制备的低温六水氯化钙相变蓄热材料，经过3000次循环后吸热和放热性能稳定。

需要指出的是，本研究领域的相关技术人员应当意识到在不脱离本发明给出的技术特征和范围的情况下，对技术特征所作的增加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种低温六水氯化钙相变蓄热材料，其特征在于，制得的该低温六水氯化钙相变蓄热材料由六水氯化钙和成核剂和增稠剂按质量百分比组成，其中，成核剂为硼砂、氧化铝或九水偏硅酸钠，增稠剂为羧甲基纤维素钠（CMC）；

六水氯化钙的用量为98%，硼砂的用量为1%，羧甲基纤维素钠（CMC）的用量为1%；或者

六水氯化钙的用量为95%，氧化铝的用量为1%，羧甲基纤维素钠（CMC）的用量为4%；或者

六水氯化钙的用量为97%，九水偏硅酸钠的用量为1%，羧甲基纤维素钠（CMC）的用量为2%。

2.如权利要求1所述的低温六水氯化钙蓄热材料，其特征在于，所述六水氯化钙的分子式为CaCl₂·6H₂O，分子量为219.08，熔点为29℃。

3.如权利要求1所述的低温六水氯化钙蓄热材料的制备方法，其特征在于，该方法以六水氯化钙为相变基础材料，并在其中加入成核剂和增稠剂进行改性，包括以下步骤：

1）将无水氯化钙缓慢加入到恒温50℃热水中，直到无水氯化钙不再溶解且有沉淀为止，然后进行过滤，得到纯净氯化钙饱和溶液；

2）将纯净的氯化钙饱和溶液置于5℃的恒温环境中，使氯化钙饱和溶液降温结晶，得到六水氯化钙晶体；将六水氯化钙晶体置于5℃的低温干燥环境中进行低温干燥，得到纯净六水氯化钙晶体；

3）在纯净六水氯化钙中加入成核剂和增稠剂，加热熔解制备出过冷度小于2℃无相分离的低温六水氯化钙蓄热材料。