CN106047301A - 一种纳米二氧化硅包裹相变材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于相变材料包裹的制备工艺领域，涉及一种纳米二氧化硅包裹相变材料的制备方法。本发明是以有机烷类为有机溶剂，去离子水为水溶剂，有机硅源为硅源，制备出Li2CO3‑Na2CO3二元熔盐为芯材，SiO2为壁材的包覆微胶囊材料。该材料的相变温度为489.2℃～505.5℃，其相变潜热为344.5J/g～365.5J/g。本发明具有芯材热稳定性好、成本低廉、工艺简单成熟的优点，防止了相变材料在相变过程中出现的泄漏问题，解决了相变材料的实际应用困难。
Description
技术领域
本发明属于一种纳米二氧化硅包裹相变材料及其制备方法，涉及一种二元熔盐Li2CO3-Na2CO3相变材料的合成及硅包裹相变材料的制备方法。
背景技术
随着当今社会经济及科技的快速发展，能源的利用率越来越受到重视，从而促进了节能材料的发展。相变材料能够在相变过程中储存和释放能量，因此，成为近年来发展迅速的一种环保节能材料，除广泛应用在建筑、储能地板、空调蓄热系统等领域，在红外低辐射、航空航天上的应用也逐渐被人们发掘。但相变材料单一使用时存在易于泄漏、导热系数较低等问题限制其实际应用。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供了一种纳米二氧化硅包裹相变材料，本发明的另一目的是提供上述纳米二氧化硅包裹相变材料的制备方法。
本发明的技术方案为：一种纳米二氧化硅包裹相变材料，其特征在于用纳米SiO2包覆Li2CO3-Na2CO3二元熔盐，该相变微胶囊相变温度为489.2℃～505.5℃，相变潜热为344.5J/g～365.5J/g；其中Li2CO3-Na2CO3二元熔盐中Li2CO3和Na2CO3的质量比为1∶(1～1.5)。
本发明还提供了上述纳米二氧化硅包裹相变材料的制备方法，其具体步骤如下：
(1)取Li2CO3和Na2CO3的质量比为1∶(1～.5)作为相变配比原料，把两者混合并研磨，并放入炉子中烧至熔化，然后将烧好的原料冷却待用；
(2)将步骤(1)中制备所得的相变材料经过球磨后过筛，加入体积比为1:(22～25)的去离子水和有机溶剂，再加入分散剂使相变材料分散均匀，其中分散剂与去离子水的质量比为1:(5～6)，分散剂与相变材料的质量比为1：(1～2)；在60℃～80℃下活化后，再按去离子水与正戊醇体积比为1:(5～7)加入正戊醇，磁力搅拌机搅拌，形成油包水结构；
(3)将步骤(2)中制备所得的油包水结构静置后滴加硅源，硅源与去离子水的体积比为1：(0.5～1.5)；
(4)将步骤(3)中制备所得体系中加入PH调试剂调节其pH在7～8，在磁力搅拌机继续搅拌；得到包覆微球；
(5)将步骤(4)中制备所得的包覆微球用有机溶剂洗涤，并放入烘箱中烘干，得到纳米二氧化硅包裹相变材料。
优选步骤(1)中烧至熔化的升温速率是2℃/min～10℃/min；熔化温度为600℃～650℃。
优选步骤(2)中所述的有机溶剂为环己烷或正庚烷中的一种或其混合物。
优选步骤(2)中所述的分散剂为十二烷基苯环酸钠、羧甲基纤维素钠或十六烷基三甲基溴化铵中的一种或其混合物。
优选步骤(2)中磁力搅拌机的转速为400rpm～800rpm，搅拌时间为10～15min；步骤(4)中磁力搅拌机的转速为400rpm～800rpm，搅拌时间为6h～8h；步骤(2)中的过筛为过300～400目筛；步骤(3)的静置时间为1～2h；步骤(5)的洗涤次数为3～6次，烘箱的烘干温度为50℃～80℃。
优选步骤(3)中所述的硅源为正硅酸四乙酯或甲基硅酸钠的一种或其混合物。
优选步骤(4)中所述的PH调试剂是氨水或氢氧化钠中的一种或其混合物。
优选步骤(5)中所述的有机洗涤剂为乙醇、环己烷或正戊烷中的一种或其混合物。
有益效果：
本发明方法以及由该方法制备纳米二氧化硅包裹相变材料Li2CO3-Na2CO3微胶囊具有如下特点：
(1)一定配比的Li2CO3-Na2CO3高温熔化反应生成NaLiCO3具有良好的热稳定性能，且该熔盐相变材料价格低，来源广泛，大大降低了生产成本。
(2)工艺简单成熟，制备过程采用原为聚合法进行硅包裹相变材料，防止了相变材料在相变过程中出现的泄漏问题，解决了相变材料的实际应用困难。
(3)纳米二氧化硅包裹相变材料满足国家大力提倡的开发绿色环保能源的号召，该相变包覆材料利用相变潜热进行能量的储存与转化，可避免能量供求时空的不匹配问题。
附图说明
图1是实例1中所制备纳米二氧化硅包裹相变材料Li2CO3-Na2CO3微胶囊的实物照片；
图2是实例1中所制备纳米二氧化硅包裹相变材料Li2CO3-Na2CO3微胶囊的透射电镜图片；
图3是实例1中所制备纳米二氧化硅包裹相变材料Li2CO3-Na2CO3微胶囊的热重分析图。
具体实施方式
实例1
取20gLi2CO3和25gNa2CO3作为相变配比原料，把两者混合并研磨，并放入炉子中烧至熔化(升温制度是10℃/min，从25℃升至600℃)，然后将烧好的原料冷却待用。将所制备的相变材料经过球磨后过300目筛，取0.6g相变材料，加入2ml去离子水，50ml环己烷和0.36gSDS在60℃下活化，加入10ml正戊醇，在磁力搅拌机上400rpm搅拌10min，形成油包水结构。静置1h后逐滴加入1.4mlTEOS，用氨水调节pH为8，在400rpm磁力搅拌机上继续搅拌6h，用乙醇过滤洗涤3次，放入50℃烘箱烘干，即制备得到纳米二氧化硅包裹相变材料。图1是所制备的硅包裹相变材料的实物照片，从图中可以看到，该材料呈白色粉末状，颗粒大小分布均匀。图2是该硅包裹相变材料的透射电镜图片，从图中可以看出，是以相变材料Li2CO3-Na2CO3二元熔盐为芯材，SiO2为壁材的微胶囊结构。图3是该硅包裹相变材料的热重分析图，从图中可以看出硅包裹相变材料的相变温度为499.1℃，其相变潜热为365.5J/g。从TG曲线我们可以看出存在一些小的吸热峰，可能是高温下Li2CO3-Na2CO3二元熔盐发生了部分分解。
实例2
取20gLi2CO3和30gNa2CO3作为相变配比原料，把两者混合并研磨，并放入炉子中烧至熔化(升温制度是8℃/min，从25℃升至620℃)，然后将烧好的原料冷却待用。将所制备的相变材料经过球磨后过300目筛，取0.42g相变材料，加入2.2ml去离子水，50ml正庚烷和0.4gSDS在63℃下活化，加入12ml正戊醇，在500rpm磁力搅拌机上搅拌11min，形成油包水结构。静置1.5h后逐滴加入2.6mlTEOS，用氢氧化钠调节pH为7，在500rpm磁力搅拌机上继续搅拌7h，用乙醇过滤洗涤4次，放入60℃烘箱烘干，即制备得到硅包裹相变材料。经过测试表征发现，该硅包裹相变材料的相变温度为500.2℃，其相变潜热为358.5J/g。
实例3
取25gLi2CO3和30gNa2CO3作为相变配比原料，把两者混合并研磨，并放入炉子中烧至熔化(升温制度是6℃/min，从25℃升至630℃)，然后将烧好的原料冷却待用。将所制备的相变材料经过球磨后过325目筛，取0.5g相变材料，加入2.4ml去离子水，55ml环己烷和0.44gSDS在66℃下活化，加入14ml正戊醇，在600rpm磁力搅拌机上搅拌15min，形成油包水结构。静置1.5h后逐滴加入2.6ml甲基硅酸钠，氨水调节pH为8，在600rpm磁力搅拌机上继续搅拌7h，乙醇过滤洗涤5次，放入65℃烘箱烘干，即制备得到硅包裹相变材料。经过测试表征发现，该硅包裹相变材料的相变温度为489.2℃，其相变潜热为360.8J/g。
实例4
取25gLi2CO3和35gNa2CO3作为相变配比原料，把两者混合并研磨，并放入炉子中烧至熔化(升温制度是4℃/min，从25℃升至640℃)，然后将烧好的原料冷却待用。将所制备的相变材料经过球磨过325目筛，取0.6g相变材料，加入2.6ml去离子水，60ml环己烷和0.48g羧甲基纤维素钠在69℃下活化，加入16ml正戊醇，在700rpm磁力搅拌机上搅拌10min，形成油包水结构。静置2h后逐滴加入3.2mlTEOS，氨水调节pH为8，在700rpm磁力搅拌机上继续搅拌7h，环己烷过滤洗涤6次，放入70℃烘箱烘干，即制备得到硅包裹相变材料。经过测试表征发现，该硅包裹相变材料的相变温度为505.5℃，其相变潜热为344.5J/g。
实例5
取30gLi2CO3和35gNa2CO3作为相变配比原料，把两者混合并研磨，并放入炉子中烧至熔化(升温制度是2℃/min，从25℃升至650℃)，然后将烧好的原料冷却待用。将所制备的相变材料经过球磨后过400目筛，取0.72g相变材料，加入2.8ml去离子水，65ml环己烷和0.52g十六烷基三甲基溴化铵在78℃下活化，加入18ml正戊醇，在800rpm磁力搅拌机上搅拌15min，形成油包水结构。静置2h后逐滴加入3.8mlTEOS，用氨水调节pH为7，在800rpm磁力搅拌机上继续搅拌8h，正戊醇过滤洗涤5次，放入80℃烘箱烘干，即制备得到硅包裹相变材料。经过测试表征发现，该硅包裹相变材料的相变温度为490.5℃，其相变潜热为363.5J/g。
Claims (9)
1.一种纳米二氧化硅包裹相变材料，其特征在于用纳米SiO2包覆Li2CO3-Na2CO3二元熔盐，该相变微胶囊相变温度为489.2℃～505.5℃，相变潜热为344.5J/g～365.5J/g；其中Li2CO3-Na2CO3二元熔盐中Li2CO3和Na2CO3的质量比为1∶(1～1.5)。
2.一种制备如权利要求1所述纳米二氧化硅包裹相变材料的方法，其具体步骤如下：
(1)取Li2CO3和Na2CO3的质量比为1∶(1～.5)作为相变配比原料，把两者混合并研磨，并放入炉子中烧至熔化，然后将烧好的原料冷却待用；
(2)将步骤(1)中制备所得的相变材料经过球磨后过筛，加入体积比为1:(22～25)的去离子水和有机溶剂，再加入分散剂，其中分散剂与去离子水的质量比为1:(5～6)，分散剂与相变材料的质量比为1：(1～2)；在60℃～80℃下活化后，再按去离子水与正戊醇体积比为1:(5～7)加入正戊醇，磁力搅拌机搅拌，形成油包水结构；
(3)将步骤(2)中制备所得的油包水结构静置后滴加硅源，硅源与去离子水的体积比为1：(0.5～1.5)；
(4)将步骤(3)中制备所得体系中加入PH调试剂调节其pH在7～8，在磁力搅拌机继续搅拌；得到包覆微球；
(5)将步骤(4)中制备所得的包覆微球用有机溶剂洗涤，并放入烘箱中烘干，得到纳米二氧化硅包裹相变材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(1)中烧至熔化的升温速率是2℃/min～10℃/min；熔化温度为600℃～650℃。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述的有机溶剂为环己烷或正庚烷中的一种或其混合物。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述的分散剂为十二烷基苯环酸钠、羧甲基纤维素钠或十六烷基三甲基溴化铵中的一种或其混合物。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(2)中磁力搅拌机的转速为400rpm～800rpm，搅拌时间为10～15min；步骤(4)中磁力搅拌机的转速为400rpm～800rpm，搅拌时间为6h～8h；步骤(2)中的过筛为过300～400目筛；步骤(3)的静置时间为1～2h；步骤(5)的洗涤次数为3～6次，烘箱的烘干温度为50℃～80℃。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(3)中所述的硅源为正硅酸四乙酯或甲基硅酸钠的一种或其混合物。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(4)中所述的PH调试剂是氨水或氢氧化钠中的一种或其混合物。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(5)中所述的有机洗涤剂为乙醇、环己烷或正戊烷中的一种或其混合物。
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