CN105567174A - 一种矿物基化学储热复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种矿物基化学储热复合材料及其制备方法，本发明将滑石粉进行改性处理，制备得到了一种具有化学储热功能的矿物基化学储热复合材料，该矿物基化学储热复合材料，在环境温度＞60℃的条件下，层间的铵根离子会进入滑石粉晶格中，吸收热量形成H-O、Mg-N键，填补其缺陷，在环境温度低于20℃的条件下，晶格中与铵根离子形成的H-O、Mg-N键断裂，放出热量，从而达到储热放热的效果，且性能稳定，储热量大，能反复使用，反应条件温和，易控制，原料来源广泛，适合低温储热，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种储热复合材料及其制备方法，具体涉及一种矿物基化学储热复合材料及其制备方法。
背景技术
储热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，可用于解决热能供给与需求之间的配给矛盾，在太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，目前已成为世界范围内的研究热点。现行的储热方式主要有：显热，潜热(相变)和化学反应热储热3种方式。显热储热技术是发展最早、最为成熟的技术，且其储热装置运行和管理也较为方便；潜热储热密度较高，而且储、放热过程近似恒温，特别是固液相变储热，储热系统效率较高，体积较小；化学储热是利用可逆化学反应的反应热来进行储热的，这种储热方式具有储热密度大等独特优点。
滑石粉作为层状的硅酸盐矿物材料，性能稳定，吸附性强，比表面积大，可作为相变储热材料的支撑材料，用于制备复合相变储热材料，但其导热性差的缺陷使其与高岭土相比具有明显的劣势，因而，滑石粉在相变储能材料中应用很少，但滑石粉稳定的晶型和层状结构，使其在储热材料中具有应用的可能，将滑石粉应用于储热材料的制备，能大大提高滑石粉的价值，也能扩大储热材料的原材料范围，对储热材料的发展具有重要意义。
发明内容
本发明为了得到一种具有性能稳定，储热量大，能反复使用，反应条件温和，易控制，原料来源广泛的储热材料，提出了一种矿物基化学储热复合材料及其制备方法。
本发明一种矿物基化学储热复合材料，其特征在于是通过化学键的生成与断裂来吸收和释放热能的层状矿物基复合材料，其由以下原材料制备得到：
滑石粉40-55份，
纳米石墨5-15份，
扩层剂5-10份，
铵盐30-45份，
溶剂适量，
其中所述的滑石粉为纯度≥98%，细度为800-1500目的层状滑石粉；所述的纳米石墨为粒径为10-50nm的石墨粉体；所述的扩层剂为烷基氨基酸、烷基内酰胺、烷基二胺、烷基醇胺中的一种或多种；所述的铵盐为马来酸铵、酒石酸铵、柠檬酸铵、水杨酸铵、苹果酸铵中的一种或多种；所述的溶剂为去离子水，其目的是使滑石粉溶解形成浆料。
上述一种矿物基化学储热复合材料是通过以下制备方法得到的，其特征在于具体步骤如下：
1、将40-55重量份的滑石粉与5-10重量份的扩层剂、适量的去离子水均匀混合后加人到行星式球磨机中，并加热，在50-60℃的温度、400-500r/min的速度下研磨30-60min出料过滤得到混合物，即利用滑石粉中镁离子带有的正电荷与扩层剂中烷基所带有的负电荷间的相互吸引作用，把烷基基团嵌入到滑石粉层状结构的间隙中，撑大滑石粉层间距，起到扩层效果；
2、将步骤1得到的混合物与5-15重量份的纳米石墨、30-45重量份的铵盐在适量的去离子水中进行均匀的分散混合溶解，并用超声波震荡处理10-20min，使纳米石墨、铵盐在滑石粉的吸附作用下浸入到层间，取出在0-10℃的低温条件下进行干燥处理，得到滑石粉复合材料；
3、将步骤2得到的滑石粉复合材料采用电子束进行轰击，使滑石粉中存在的Mg=O双键部分断裂，造成滑石粉晶格缺陷，提高滑石粉的活性，得到具有化学储热功能的矿物基化学储热复合材料。
本发明将滑石粉进行改性处理，制备得到了一种具有化学储热功能的矿物基化学储热复合材料；利用了滑石粉的层状结构和晶型，通过扩层和电子轰击，造成了晶格缺陷，提升了滑石粉的活性，引入了铵根离子，通过化学键的生成与断裂来吸收和释放热能；加入了纳米石墨，提高了滑石粉的导热性；该矿物基化学储热复合材料，在环境温度＞60℃的条件下，层间的铵根离子会进入滑石粉晶格中，吸收热量形成H-O、Mg-N键，填补其缺陷，在环境温度低于20℃的条件下，晶格中与铵根离子形成的H-O、Mg-N键断裂，放出热量，从而达到储热放热的效果，且性能稳定，储热量大，能反复使用，反应条件温和，易控制，原料来源广泛，适合低温储热，具有广阔的市场前景。
本发明突出的特点和有益效果在于：
1、本发明利用化学键的生成与断裂来吸收和释放热能来制备得到矿物基复合储热材料。
2、本发明通过扩层和电子轰击，造成了晶格缺陷，提升了滑石粉的活性。
3、本发明制备得到的矿物基化学储热复合材料性能稳定，储热量大，能反复使用，反应条件温和，易控制，原料来源广泛，适合低温储热，具有广阔的市场前景。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
1、将40重量份的滑石粉与5重量份的烷基氨基酸、适量的去离子水均匀混合后加人到行星式球磨机中，并加热，在50℃的温度、500r/min的速度下研磨60min出料过滤得到混合物，即利用滑石粉中镁离子带有的正电荷与烷基氨基酸中烷基所带有的负电荷间的相互吸引作用，把烷基基团嵌入到滑石粉层状结构的间隙中，撑大滑石粉层间距，起到扩层效果；
2、将步骤1得到的滑石粉与15重量份的纳米石墨、45重量份的马来酸铵在适量的去离子水中进行均匀的分散混合溶解，并用超声波震荡处理10分钟，使纳米石墨、铵盐在滑石粉的吸附作用下浸入到层间，取出在0℃的低温条件下进行干燥处理，得到滑石粉复合材料；
3、将步骤2得到的滑石粉复合材料采用电子束进行轰击，使滑石粉中存在的Mg=O部分断裂，造成滑石粉晶格缺陷，提高滑石粉的活性，得到具有化学储热功能的矿物基化学储热复合材料。
实施例2
1、将55重量份的滑石粉与10重量份的烷基内酰胺、适量的去离子水均匀混合后加人到行星式球磨机中，并加热，在60℃的温度、500r/min的速度下研磨30min出料过滤得到混合物，即利用滑石粉中镁离子带有的正电荷与烷基内酰胺中烷基所带有的负电荷间的相互吸引作用，把烷基基团嵌入到滑石粉层状结构的间隙中，撑大滑石粉层间距，起到扩层效果；
2、将步骤1得到的滑石粉与15重量份的纳米石墨、45重量份的酒石酸铵在适量的去离子水中进行均匀的分散混合溶解，并用超声波震荡处理20分钟，使纳米石墨、铵盐在滑石粉的吸附作用下浸入到层间，取出在10℃的低温条件下进行干燥处理，得到滑石粉复合材料；
3、将步骤2得到的滑石粉复合材料采用电子束进行轰击，使滑石粉中存在的Mg=O部分断裂，造成滑石粉晶格缺陷，提高滑石粉的活性，得到具有化学储热功能的矿物基化学储热复合材料。
实施例3
1、将45重量份的滑石粉与5重量份的烷基二胺、适量的去离子水均匀混合后加人到行星式球磨机中，并加热，在50℃的温度、500r/min的速度下研磨30min出料过滤得到混合物，即利用滑石粉中镁离子带有的正电荷与烷基二胺中烷基所带有的负电荷间的相互吸引作用，把烷基基团嵌入到滑石粉层状结构的间隙中，撑大滑石粉层间距，起到扩层效果；
2、将步骤1得到的滑石粉与15重量份的纳米石墨、35重量份的柠檬酸铵在适量的去离子水中进行均匀的分散混合溶解，并用超声波震荡处理15分钟，使纳米石墨、铵盐在滑石粉的吸附作用下浸入到层间，取出在5℃的低温条件下进行干燥处理，得到滑石粉复合材料；
3、将步骤2得到的滑石粉复合材料采用电子束进行轰击，使滑石粉中存在的Mg=O部分断裂，造成滑石粉晶格缺陷，提高滑石粉的活性，得到具有化学储热功能的矿物基化学储热复合材料。
实施例4
1、将45重量份的滑石粉与10重量份的烷基醇胺、适量的去离子水均匀混合后加人到行星式球磨机中，并加热，在60℃的温度、500r/min的速度下研磨50min出料过滤得到混合物，即利用滑石粉中镁离子带有的正电荷与烷基醇胺中烷基所带有的负电荷间的相互吸引作用，把烷基基团嵌入到滑石粉层状结构的间隙中，撑大滑石粉层间距，起到扩层效果；
2、将步骤1得到的滑石粉与15重量份的纳米石墨、30重量份的水杨酸铵在适量的去离子水中进行均匀的分散混合溶解，并用超声波震荡处理10分钟，使纳米石墨、铵盐在滑石粉的吸附作用下浸入到层间，取出在10℃的低温条件下进行干燥处理，得到滑石粉复合材料；
3、将步骤2得到的滑石粉复合材料采用电子束进行轰击，使滑石粉中存在的Mg=O部分断裂，造成滑石粉晶格缺陷，提高滑石粉的活性，得到具有化学储热功能的矿物基化学储热复合材料。
实施例5
1、将50重量份的滑石粉与8重量份的烷基氨基酸、适量的去离子水均匀混合后加人到行星式球磨机中，并加热，在55℃的温度、450r/min的速度下研磨40min出料过滤得到混合物，即利用滑石粉中镁离子带有的正电荷与烷基氨基酸中烷基所带有的负电荷间的相互吸引作用，把烷基基团嵌入到滑石粉层状结构的间隙中，撑大滑石粉层间距，起到扩层效果；
2、将步骤1得到的滑石粉与10重量份的纳米石墨、40重量份的苹果酸铵在适量的去离子水中进行均匀的分散混合溶解，并用超声波震荡处理15分钟，使纳米石墨、铵盐在滑石粉的吸附作用下浸入到层间，取出在8℃的低温条件下进行干燥处理，得到滑石粉复合材料；
3、将步骤2得到的滑石粉复合材料采用电子束进行轰击，使滑石粉中存在的Mg=O部分断裂，造成滑石粉晶格缺陷，提高滑石粉的活性，得到具有化学储热功能的矿物基化学储热复合材料。
Claims (2)
1.一种矿物基化学储热复合材料，其特征在于是通过化学键的生成与断裂来吸收和释放热能的层状矿物基复合材料，其由以下原材料制备得到：
滑石粉40-55份，
纳米石墨5-15份，
扩层剂5-10份，
铵盐30-45份，
溶剂适量，
其中所述的滑石粉为纯度≥98%，细度为800-1500目的层状滑石粉；所述的纳米石墨为粒径为10-50nm的石墨粉体；所述的扩层剂为烷基氨基酸、烷基内酰胺、烷基二胺、烷基醇胺中的一种或多种；所述的铵盐为马来酸铵、酒石酸铵、柠檬酸铵、水杨酸铵、苹果酸铵中的一种或多种；所述的溶剂为去离子水，其目的是使滑石粉溶解形成浆料。
2.根据权利要求1所述一种矿物基化学储热复合材料，其特征在于是通过以下制备方法得到的，其具体步骤如下：
（1）、将40-55重量份的滑石粉与5-10重量份的扩层剂、适量的去离子水均匀混合后加人到行星式球磨机中，并加热，在50-60℃的温度、400-500r/min的速度下研磨30-60min出料过滤得到混合物，即利用滑石粉中镁离子带有的正电荷与扩层剂中烷基所带有的负电荷间的相互吸引作用，把烷基基团嵌入到滑石粉层状结构的间隙中，撑大滑石粉层间距，起到扩层效果；
（2）、将步骤（1）得到的混合物与5-15重量份的纳米石墨、30-45重量份的铵盐在适量的去离子水中进行均匀的分散混合溶解，并用超声波震荡处理10-20min，使纳米石墨、铵盐在滑石粉的吸附作用下浸入到层间，取出在0-10℃的低温条件下进行干燥处理，得到滑石粉复合材料；
（3）、将步骤（2）得到的滑石粉复合材料采用电子束进行轰击，使滑石粉中存在的Mg=O双键部分断裂，造成滑石粉晶格缺陷，提高滑石粉的活性，得到具有化学储热功能的矿物基化学储热复合材料。
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