CN105255454A - 一种三元硝酸盐/水滑石复合储热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种储热材料，特别涉及一种三元硝酸盐/水滑石复合储热材料及其制备方法。一种三元硝酸盐/水滑石复合储热材料，所述的三元硝酸盐/水滑石复合储热材料是由硝酸盐和水滑石混合后加热至熔融状态后冷却得到，所述的水滑石与硝酸盐的质量比为1/100～20/100。本发明制得的三元硝酸盐/水滑石复合储热材料不仅广泛应用于化学、石化、太阳能电池及冶金等行业，而且具有潜热高、储热性能优异，可循环重复使用的优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种储热材料，特别涉及一种三元硝酸盐/水滑石复合储热材料及其制备方法。
背景技术
熔融盐是盐的熔融态液体，通常说的熔融盐是指无机盐的熔融体。硝酸熔盐是无机盐的一种，其固态大部分为离子晶体，在高温下熔化后形成离子熔体。与水溶液一样，熔盐也是一种溶剂，是一种不含水的高温熔剂，熔化时解离为离子，正负离子靠库仑力互相作用，所以可用作高温下的反应介质。目前许多学者对混合硝酸熔融盐的性质与结构进行了研究，使混合硝酸熔融盐作为传热蓄热介质的特性有所提高，推动了硝酸熔融盐产业的发展。现今硝酸熔盐的研究范围在不断扩大，并已渗透到现代科学的各个领域。不论是对硝酸熔融盐材料本身的研究，还是对硝酸熔融盐应用的研究都已成为近年来科学领域研究的热点与重点。但是硝酸熔盐体系在热发电领域的应用仍然存在成本高、效率低和热稳定差等缺点并制约着其应用，比如传热蓄热介质性能还有待提高。
发明内容
本发明提供一种具有蓄热传热作用的三元硝酸盐/水滑石复合储热材料。
本发明还提供所述三元硝酸盐/水滑石复合储热材料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种三元硝酸盐/水滑石复合储热材料，所述的三元硝酸盐/水滑石复合储热材料是由硝酸盐和水滑石混合后加热至熔融状态后冷却得到，所述的水滑石与硝酸盐的质量比为1/100～20/100。
水滑石材料属于阴离子型层状化合物。水滑石加热到一定温度发生分解，热分解过程包括脱层间水，脱碳酸根离子，层板羟基脱水等步骤。在空气中低于200℃时，仅失去层间水分，对其结构无影响，当加热到250~450℃时，失去更多的水分，同时有CO2生成，加热到450~500℃时，CO3 2-消失，完全转变为CO2，生成双金属复合氧化物。在加热过程中，水滑石的有序层状结构被破坏，表面积增加，孔容增加。当加热温度超过600℃时，则分解后形成的金属氧化物开始烧结，致使表面积降低，孔体积减小，通常形成尖晶石MgAl2O4和MgO。利用水滑石加热过程中物态变化需吸收能量的特点，将水滑石材料加入到熔盐，从而改变熔盐的传热蓄热性能，制备出新型的储热材料，同时，也为熔盐传热蓄热材料的高性能化提供了一种新的途径。
作为优选，所述的水滑石为镁铝型水滑石、镁锌型水滑石、铝锌型水滑石或镁铝锌型水滑石。
作为优选，所述的硝酸盐为硝酸钾、硝酸钠和硝酸锂的混合物，其中硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂的质量比为54：36：10。这种比例的三元硝酸熔盐的熔点低于200℃，与水滑石有较好的相容性，此外该三元硝酸熔盐不含亚硝酸盐，相对而言毒性较小，适用范围较广。
一种所述的三元硝酸盐/水滑石复合储热材料的制备方法，该方法主要是将三种硝酸盐和水滑石一起混合均匀后，加热至熔融，冷却后得到三元硝酸盐/水滑石复合储热材料。
作为优选，根据配比称取硝酸盐和水滑石，经干燥、研磨均匀后，置于250℃~400℃的马弗炉中30~180分钟，加热冷却后碾磨至粉状，得到三元硝酸盐/水滑石复合储热材料。
作为优选，所述的硝酸盐为硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂的混合物，熔盐中硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂的质量比54：36：10。
作为优选，所述的水滑石为镁铝型水滑石、镁锌型水滑石、铝锌型水滑石或镁铝锌型水滑石。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在如下几方面：
1、本发明制得的三元硝酸盐/水滑石复合储热材料不仅广泛应用于化学、石化、太阳能电池及冶金等行业，而且具有潜热高、储热性能优异，可循环重复使用的优势。
2、本发明所述的三元硝酸盐/水滑石复合储热材料中水滑石片层的阻隔作用改善了熔盐的热稳定性能，提高了熔盐的上限使用温度。
3、三元硝酸盐/水滑石复合储热材料熔融过程中，水滑石材料发生了脱层间水，脱碳酸根离子，层板羟基脱水等过程，从而影响了复合储热材料热物性，提高了复合储热材料的潜热，改善了复合储热材料蓄热能力。
4、本发明所述的三元硝酸盐/水滑石复合储热材料适用范围广、蓄热效果好、性能稳定；本发明所述的三元硝酸盐/水滑石复合储热材料制备操作简便，成本低廉，易于工业化。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
水滑石为工业产品，可从市场上购买。
实施例1：三元硝酸盐/水滑石复合储热材料的制备
将54g硝酸钾、36g硝酸钠、10g硝酸锂与5.5g镁铝型水滑石组成的混合物放在120℃烘箱内烘干24小时，经研钵研磨均匀后，置于250℃的马弗炉中180分钟，冷却后碾磨至粉状，制得三元硝酸盐/水滑石复合储热材料，测得三元硝酸盐/水滑石复合储热材料的潜热为56.6J/g。
实施例2
三元硝酸盐/水滑石复合储热材料的制备操作同实施例1。三元硝酸盐由54g硝酸钾、36g硝酸钠、10g硝酸锂组成，水滑石与三元硝酸盐的质量比为1/100，熔融混合温度为400℃，时间为30分钟，测得三元硝酸盐/水滑石复合储热材料的潜热为51.8J/g。
实施例3
三元硝酸盐/水滑石复合储热材料的制备操作同实施例1。三元硝酸盐由54g硝酸钾、36g硝酸钠、10g硝酸锂组成，水滑石与三元硝酸盐的质量比为20/100，熔融混合温度为300℃，时间为60分钟，测得三元硝酸盐/水滑石复合储热材料的潜热为101.1J/g。
实施例4
三元硝酸盐/水滑石复合储热材料的制备操作同实施例1。三元硝酸盐由54g硝酸钾、36g硝酸钠、10g硝酸锂组成，水滑石与三元硝酸盐的质量比为10/100，熔融混合温度为280℃，时间为70分钟，测得三元硝酸盐/水滑石复合储热材料的潜热为64.8J/g。
实施例5
三元硝酸盐/水滑石复合储热材料的制备操作同实施例1。三元硝酸盐由54g硝酸钾、36g硝酸钠、10g硝酸锂组成，水滑石与三元硝酸盐的质量比为15/100，熔融混合温度为350℃，时间为45分钟，测得三元硝酸盐/水滑石复合储热材料的潜热为72.9J/g。
该三元硝酸盐/水滑石复合储热材料与硝酸熔盐/石墨储热材料相比，不仅具有潜热大、储热密度高等优点，而且制备工艺操作相对简单，原料成本比较低廉。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (7)
1.一种三元硝酸盐/水滑石复合储热材料，其特征在于：所述的三元硝酸盐/水滑石复合储热材料是由硝酸盐和水滑石混合后加热至熔融状态后冷却得到，所述的水滑石与硝酸盐的质量比为1/100～20/100。
2.根据权利要求1所述的三元硝酸盐/水滑石复合储热材料，其特征在于：所述的水滑石为镁铝型水滑石、镁锌型水滑石、铝锌型水滑石或镁铝锌型水滑石。
3.根据权利要求1所述的三元硝酸盐/水滑石复合储热材料，其特征在于：所述的硝酸盐为硝酸钾、硝酸钠和硝酸锂的混合物，其中硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂的质量比为54：36：10。
4.一种权利要求1所述的三元硝酸盐/水滑石复合储热材料的制备方法，其特征在于：该方法主要是将三种硝酸盐和水滑石一起混合均匀后，加热至熔融，冷却后得到三元硝酸盐/水滑石复合储热材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：根据配比称取硝酸盐和水滑石，经干燥、研磨均匀后，置于250℃~400℃的马弗炉中30~180分钟，加热冷却后碾磨至粉状，得到三元硝酸盐/水滑石复合储热材料。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的硝酸盐为硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂的混合物，熔盐中硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂的质量比54：36：10。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的水滑石为镁铝型水滑石、镁锌型水滑石、铝锌型水滑石或镁铝锌型水滑石。
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