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)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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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |