CN105505327B - 一种碳纳米管封装石蜡相变材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备碳纳米管封装石蜡相变材料的方法，所述的制备方法为：先将油胺与石蜡混合，搅拌得到油胺/石蜡二元混合物，再加入碳纳米管，超声分散得到反应混合物，将反应混合物加热至220～230℃，并在600～1000转/分的搅速下搅拌2～3h，之后待反应混合物自然冷却至室温，加入正己烷，依次经超声分散、离心、干燥，即得所述的碳纳米管封装石蜡相变材料；本发明方法是在高速搅拌下，油胺修饰的熔化液态石蜡通过持续自扩散，进入碳纳米管内腔，无需加入苯、水合肼等有毒化学试剂，制备工艺绿色环保，设备要求低，操作简单，成本低。

Description

一种碳纳米管封装石蜡相变材料的制备方法
(一)技术领域
本发明涉及一种绿色环保制备碳纳米管封装石蜡相变材料的方法，属于无机/有机材料复合的制备领域。
(二)背景技术
石蜡由于其具有高的熔化潜热，在熔化点附近的高体膨胀量，化学惰性，无相变析出等特点，在相变储能，驱动等方面具有较好的应用前景。但石蜡的低热导率，导致其熔化时间(热响应)较长，限制了石蜡在上述领域的进一步发展。为改善石蜡的低热导率，一些学者尝试将纳米铜(Wu Shuying,Zhu Dongsheng,Zhang Xiurong,Huang Jin.Preparationand Melting/Freezing Characteristics of Cu/Paraffin Nanofluid as Phase-ChangeMaterial(PCM)[J].Energy Fuels,2010,24:1894–1898)、碳纳米管(Wang J,Xie H,XinZ.Thermal properties of paraffin based composites containing multi-walledcarbon nanotubes[J].ThermochimicaActa,2009,488(1-2):39-42)、膨胀石墨(ZhangZhengguo,Zhang Ni,Peng Jing,Fang Xiaoming,Gao Xuenong,Fang Yutang.Preparationand thermal energy storage properties of paraffin/expanded graphite compositephase change material[J].Applied Energy,2012,12(1):426-431)等高导热材料添加到石蜡中，形成石蜡基复合材料，结果表明，这些石蜡基复合材料的热导率能够显著提高。但是，上述方法均不能有效解决石蜡在工作时的泄漏问题。研究发现，石蜡的熔化时间与其尺寸的平方成正比，因此，如果把石蜡填充在高导热的碳纳米管内腔内，形成纳米封装相变材料，既可以提高石蜡的热导率，又可以有效解决其相变时的泄漏问题。
文献(S.Sinha-Ray,R.P.Sahua,A.L.Yarin.Nano-encapsulated smart tunablephase change materials[J].Soft Matter,2011,7:8823-8827)提供了一种制备碳纳米管封装石蜡相变材料的方法：在超声作用下，将石蜡溶解在苯中，随后放入碳纳米管，继续超声振动，随着苯的蒸发，能够使石蜡持续进入到碳纳米管内腔中。但是，上述方法在操作过程中，由于苯的持续挥发，对环境造成严重污染。
本发明巧妙将碳纳米管加入到熔化液态石蜡和油胺的二元混合物中，在高速搅拌下，使石蜡填充到碳纳米管内腔中，制备了碳纳米管封装石蜡相变材料。该方法迄今还没有见到文献和专利公开报道。
(三)发明内容
本发明提供了一种制备碳纳米管封装石蜡相变材料的方法。该方法无需加入苯等有毒溶剂，绿色环保，设备要求低，操作简单，成本低。
本发明采用如下技术方案：
一种制备碳纳米管封装石蜡相变材料的方法，所述的制备方法为：
(1)将油胺与石蜡混合，在温度为35～45℃，搅速为100～200转/分的条件下搅拌1～2h，得到油胺/石蜡二元混合物；
(2)将碳纳米管加入到步骤(1)所得油胺/石蜡二元混合物中，在70～90℃，80～100KHz超声分散10～20min，得到反应混合物；所述反应混合物中，碳纳米管与油胺、石蜡的质量比为1：1～5：5～15；
(3)将步骤(2)所得反应混合物加热至220～230℃，并在600～1000转/分的搅速下搅拌2～3h，之后待反应混合物自然冷却至室温，加入正己烷，先于90～100KHz超声分散3～5min，然后在10000～12000转/分的离心速率下离心3～10min，干燥后即得所述的碳纳米管封装石蜡相变材料。
本发明所述的制备方法，优选所述反应混合物中，碳纳米管与油胺、石蜡的质量比为1：2～3：7～10。
本发明中，所述石蜡的熔点温度范围为52～70℃。所述的石蜡可选自熔点分别为52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃或70℃的单一熔点石蜡，或者具有单一控温范围的混合蜡，或者由多种单一熔点石蜡调配而成，具有多种控温范围的混合蜡。
推荐步骤(3)中所述正己烷的体积用量以所述反应混合物的质量计为10～20mL/g。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：
本发明方法制备碳纳米管封装石蜡相变材料，是在高速搅拌下，油胺修饰的熔化液态石蜡，通过持续自扩散，进入碳纳米管内腔，无需加入苯、水合肼等有毒化学试剂，制备工艺绿色环保，设备要求低，操作简单，成本低。
(四)附图说明
图1是实施例1中制得的碳纳米管封装石蜡相变材料的透射电镜照片；
图2是实施例2中制得的碳纳米管封装石蜡相变材料的透射电镜照片；
图3是实施例3中制得的碳纳米管封装石蜡相变材料的透射电镜照片。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
(1)将油胺(4g)与石蜡(20g，熔点60℃)混合，在35℃，100转/分的搅速下搅拌1小时，得到油胺/石蜡二元混合物。
(2)将碳纳米管(2g)加入到步骤(1)所得油胺/石蜡二元混合物中，在75℃，90KHz超声分散15min，得到反应混合物。
(3)将步骤(2)所得反应混合物加热至220℃，并在800转/分的搅拌速度下搅拌2h，之后待反应混合物自然冷却至室温，加入正己烷(300mL)，先于95KHz超声分散5min，然后在12000转/分的离心速率下离心5min，干燥后即得所述的碳纳米管封装石蜡相变材料2.10g。
图1是本实施例制得的碳纳米管封装石蜡相变材料的透射电镜照片。
实施例2
(1)将油胺(6g)与石蜡(20g，熔点60℃)混合，在35℃，100转/分的搅速下搅拌1小时，得到油胺/石蜡二元混合物。
(2)将碳纳米管(2g)加入到步骤(1)所得油胺/石蜡二元混合物中，在75℃，90KHz超声分散15min，得到反应混合物。
(3)将步骤(2)所得反应混合物加热至220℃，并在600转/分的搅拌速度下搅拌2h，之后待反应混合物自然冷却至室温，加入正己烷(300mL)，先于95KHz超声分散5min，然后在12000转/分的离心速率下离心5min，干燥后即得所述的碳纳米管封装石蜡相变材料2.15g。
图2是本实施例制得的碳纳米管封装石蜡相变材料的透射电镜照片。
实施例3
(1)将油胺(5g)与石蜡(15，熔点60℃)混合，在35℃，100转/分的搅速下搅拌1小时，得到油胺/石蜡二元混合物。
(2)将碳纳米管(2g)加入到步骤(1)所得油胺/石蜡二元混合物中，在75℃，90KHz超声分散15min，得到反应混合物。
(3)将步骤(2)所得反应混合物加热至230℃，并在1000转/分的搅拌速度下搅拌2h，之后待反应混合物自然冷却至室温，加入正己烷(300mL)，先于95KHz超声分散5min，然后在12000转/分的离心速率下离心5min，干燥后即得所述的碳纳米管封装石蜡相变材料2.20g。
图3是本实施例制得的碳纳米管封装石蜡相变材料的透射电镜照片。

Claims (5)

1.一种制备碳纳米管封装石蜡相变材料的方法，其特征在于，所述的制备方法为：
(1)将油胺与石蜡混合，在温度为35～45℃，搅速为100～200转/分的条件下搅拌1～2h，得到油胺/石蜡二元混合物；
(2)将碳纳米管加入到步骤(1)所得油胺/石蜡二元混合物中，在70～90℃，80～100KHz超声分散10～20min，得到反应混合物；所述反应混合物中，碳纳米管与油胺、石蜡的质量比为1：1～5：5～15；
(3)将步骤(2)所得反应混合物加热至220～230℃，并在600～1000转/分的搅速下搅拌2～3h，之后待反应混合物自然冷却至室温，加入正己烷，先于90～100KHz超声分散3～5min，然后在10000～12000转/分的离心速率下离心3～10min，干燥后即得所述的碳纳米管封装石蜡相变材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应混合物中，碳纳米管与油胺、石蜡的质量比为1：2～3：7～10。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石蜡的熔点温度范围为52～70℃。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的石蜡选自熔点分别为52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃或70℃的单一熔点石蜡，或者由两种以上单一熔点石蜡以任意比例调配而成的混合蜡。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述正己烷的体积用量以所述反应混合物的质量计为10～20mL/g。
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