CN105602527B - 一种相变储热矿物材料及其制备方法 - Google Patents

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    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
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Abstract

一种相变储热矿物材料及其制备方法，本发明以滑石粉晶型为模板，通过多种改性工艺和处理手段，制备得到了一种相变储热矿物材料，该复合材料吸热放热速度快，性能稳定，储热量大，能反复使用，易控制，原料来源广泛，适合中温储热，具有广阔的市场前景。

Description

一种相变储热矿物材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种储热材料及其制备方法，具体涉及一种相变储热矿物材料及其制备方法。
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，对储热材料的发展和应用具有重要意义。
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，相变条件温和，易控制，原料来源广泛的储热材料，提出了一种相变储热矿物材料及其制备方法。
本发明一种相变储热矿物材料，其特征在于是以晶型的改变进行吸热和放热的层状矿物材料，其由以下原材料制备得到：
滑石粉 60-75份，
改性剂 100-150份，
导热剂 5-10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；所述的改性剂为物质的量浓度为1.0-1.5mol/L的Na+、Ca2+、Al3+、Li+、K+的无机盐溶液中的一种或多种；所述的导热剂为石墨烯；所述的溶剂为去离子水，其目的是使滑石粉溶解形成浆料。
上述一种相变储热矿物材料中所述的改性剂为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化锂、氯化铝中的一种或多种。
上述一种相变储热矿物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60-75重量份的滑石粉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，得到预处理滑石粉；
2、将步骤1得到的预处理滑石粉与100-150重量份的改性剂混合均匀后加入到反应釜中，在紫外光照射，80-95℃的温度，搅拌速度为100-150r/min的条件下进行离子交换反应1-2h，过滤后在氮气气氛中、200-300℃的温度下煅烧1-2h,得到改性滑石粉；
3、将步骤2得到的改性滑石粉与5-10重量份的导热剂、适量的去离子水均匀混合后加人到行星式球磨机中，在400-500r/min的速度下研磨30-60min，再采用超声波震荡处理10-20min，出料过滤得到混合物；
4、将步骤3得到的混合物在50-60℃的温度下干燥3-4h，得到具有相变储热功能的矿物材料。
本发明以滑石粉晶型为模板，通过多种改性工艺和处理手段，制备得到了一种相变储热矿物材料：先利用电子束的高能轰击，使滑石粉中的Mg=O部分断裂，形成晶格缺陷，再利用了滑石粉的吸附性和离子交换功能，将原子半径较小、活性高的离子嵌入滑石粉的晶格中，与滑石粉中的氧原子、硅原子、镁离子形成新的化学键，形成相对稳定的化学结构，当外部温度高于200℃时，晶体吸热，晶型改变，部分化学键断裂，形成新的化学能高但不稳定的化学键，当温度低于200摄氏度时，化学键断裂放热，形成化学能较低但更稳定的化学键，晶型恢复；将纳米石墨插层到滑石粉的层间，提高滑石粉的导热性，有利于热量的传播，即有利于相变储能材料对热能的吸收和释放；该矿物材料吸热放热速度快，性能稳定，储热量大，能反复使用，易控制，原料来源广泛，适合中温储热，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、本发明将滑石粉进行电子束轰击，造成晶格缺陷，提高滑石粉活性。
2、本发明利用滑石粉的吸附性和离子交换性，将离子嵌入滑石粉晶体中，形成具有活性高，晶型结构的易相变的矿物材料。
3、本发明制备得到的相变储热矿物材料吸热放热速度快，性能稳定，储热量大，能反复使用，效率高，易控制，原料来源广泛，适合中温储热，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60重量份的滑石粉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，得到预处理滑石粉；
2、将步骤1得到的预处理滑石粉与100重量份的硅酸钠混合均匀后加入到反应釜中，在紫外光照射，80℃的温度，搅拌速度为100r/min的条件下进行离子交换反应1h，过滤后在氮气气氛中、200℃的温度下煅烧2h,得到改性滑石粉；
3、将步骤2得到的改性滑石粉与5重量份的纳米石墨、适量的去离子水均匀混合后加人到行星式球磨机中，在400r/min的速度下研磨30min，再采用超声波震荡处理10min，出料过滤得到混合物；
4、将步骤3得到的混合物在50℃的温度下干燥3h，得到具有相变储热功能的矿物材料。
实施例2
1、将75重量份的滑石粉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，得到预处理滑石粉；
2、将步骤1得到的预处理滑石粉与150重量份的硅酸钾混合均匀后加入到反应釜中，在紫外光照射， 95℃的温度，搅拌速度为150r/min的条件下进行离子交换反应2h，过滤后在氮气气氛中、300℃的温度下煅烧2h,得到改性滑石粉；
3、将步骤2得到的改性滑石粉与10重量份的纳米石墨、适量的去离子水均匀混合后加人到行星式球磨机中，在500r/min的速度下研磨60min，再采用超声波震荡处理20min，出料过滤得到混合物；
4、将步骤3得到的混合物在50-60℃的温度下干燥4h，得到具有相变储热功能的矿物材料。
实施例3
1、将65重量份的滑石粉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，得到预处理滑石粉；
2、将步骤1得到的预处理滑石粉与120重量份的硅酸锂混合均匀后加入到反应釜中，在紫外光照射，85℃的温度，搅拌速度为130r/min的条件下进行离子交换反应1.5h，过滤后在氮气气氛中、250℃的温度下煅烧1h,得到改性滑石粉；
3、将步骤2得到的改性滑石粉与8重量份的纳米石墨、适量的去离子水均匀混合后加人到行星式球磨机中，在450r/min的速度下研磨40min，再采用超声波震荡处理15min，出料过滤得到混合物；
4、将步骤3得到的混合物在55℃的温度下干燥3h，得到具有相变储热功能的矿物材料。
实施例4
1、将65重量份的滑石粉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，得到预处理滑石粉；
2、将步骤1得到的预处理滑石粉与150重量份的氯化铝混合均匀后加入到反应釜中，在紫外光照射，80℃的温度，搅拌速度为130r/min的条件下进行离子交换反应2h，过滤后在氮气气氛中、280℃的温度下煅烧2h,得到改性滑石粉；
3、将步骤2得到的改性滑石粉与10重量份的纳米石墨、适量的去离子水均匀混合后加人到行星式球磨机中，在430r/min的速度下研磨50min，再采用超声波震荡处理15min，出料过滤得到混合物；
4、将步骤3得到的混合物在50℃的温度下干燥3h，得到具有相变储热功能的矿物材料。
实施例5
1、将75重量份的滑石粉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，得到预处理滑石粉；
2、将步骤1得到的预处理滑石粉与140重量份的氯化锂混合均匀后加入到反应釜中，在紫外光照射，80℃的温度，搅拌速度为140r/min的条件下进行离子交换反应2h，过滤后在氮气气氛中、280℃的温度下煅烧2h,得到改性滑石粉；
3、将步骤2得到的改性滑石粉与10重量份的导热剂、适量的去离子水均匀混合后加人到行星式球磨机中，在500r/min的速度下研磨35min，再采用超声波震荡处理120min，出料过滤得到混合物；
4、将步骤3得到的混合物在60℃的温度下干燥4h，得到具有相变储热功能的矿物材料。

Claims (2)

1.一种相变储热矿物材料，其特征在于是以晶型的改变进行吸热和放热的层状矿物材料，其由以下原材料制备得到：
滑石粉 60-75份，
改性剂 100-150份，
导热剂 5-10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；所述的改性剂为物质的量浓度为1.0-1.5mol/L的Na+、Ca2+、Al3+、Li+、K+的无机盐溶液中的一种或多种；所述的导热剂为石墨烯；所述的溶剂为去离子水，其目的是使滑石粉溶解形成浆料；所述的相变储热矿物材料是通过以下制备方法得到的，其具体制备步骤如下：
（1）、将60-75重量份的滑石粉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，得到预处理滑石粉；
（2）、将步骤（1）得到的预处理滑石粉与100-150重量份的改性剂混合均匀后加入到反应釜中，在紫外光照射，80-95℃的温度，搅拌速度为100-150r/min的条件下进行离子交换反应1-2h，过滤后在氮气气氛中、200-300℃的温度下煅烧1-2h,得到改性滑石粉；
（3）、将步骤（2）得到的改性滑石粉与5-10重量份的导热剂、适量的去离子水均匀混合后加人到行星式球磨机中，在400-500r/min的速度下研磨30-60min，再采用超声波震荡处理10-20min，出料过滤得到混合物；
（4）、将步骤（3）得到的混合物在50-60℃的温度下干燥3-4h，得到具有相变储热功能的矿物材料。
2.根据权利要求1所述的一种相变储热矿物材料，其特征在于所述的改性剂为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化锂、氯化铝中的一种或多种。
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