CN107286913A - 赤泥‑石蜡复合相变储能材料及其混磨法制备方法 - Google Patents

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刘志勇
胡丹
李安鑫
吕恒林
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    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Abstract

本发明公开了一种赤泥‑石蜡复合相变储能材料，包含石蜡和赤泥，各组分质量百分比为：石蜡：赤泥=（0.4～0.55）：（0.45～0.6）。同时还公开了混磨法制备该材料的技术方案。通过热重和差热分析测试，表征所制备的相变储能材料的热稳定性。本发明相变储能材料的制备方法工艺简单，操作方便，能够大批量用于工业化生产。将本发明相变储能材料用作建筑物的保温材料，可以有效地降低建筑物室内外热量传递幅度，降低室内温度波动，在保持人体适宜温度范围内，减少建筑供暖或空调的使用，实现了建筑节能。

Description

赤泥-石蜡复合相变储能材料及其混磨法制备方法
技术领域
本发明涉及一种相变储能材料及制备方法，具体说是一种赤泥-石蜡复合相变储能材料及其制备方法。
背景技术
相变储能材料，简称相变材料（PCM-Phase Change Material）是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质，利用其相变过程中放热或者吸热的特性来实现能量的释放（或储存）。将相变储能材料加入石膏和水泥中，用作建筑物的装饰和保温材料，把相变材料加入建筑材料中不仅没有影响建筑材料的基本性能，可以有效降低通过维护结构的热量传播，具有更好的保温节能效果，居住舒适度也提高。同时，研制新型储能材料并将其应用于建筑行业是实现我国节能规划目标、实现可持续发展及减排温室气体的重要措施，符合当今社会持续发展的要求。
罗超云等用乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)作为包覆材料，石蜡作为相变材料，采用热熔法制备了定形相变材料(FSPCM)，其中石蜡的含量为 60%，实现了包覆材料对相变材料的定型作用。虽然解决了相变材料由固态转为液态的流动性问题，但是仍然没有很好地解决有机相变材料存在的低导热性能问题，制备的有机相变材料低导热性原因是受其内部结构影响，在热传导方向没有形成连通性结构。本发明使用的基体材料赤泥具有孔隙结构，有较好的吸附性，不仅能够解决相变材料由固态转为液态的流动性问题，而且还可以提高相变材料的热导率。
常见的有机相变材料的制备方法有：（1）物理方法，将相变材料与主体材料相混合，以主体材料作为载体，如：浸渍法、共混法等 ；（2）微胶囊方法，采用某些聚合物材料作为壳材，将相变材料作为芯材制备成微胶囊，如：有原位聚合法、界面聚合法、乳液聚合法、溶液聚合法、溶胶-凝胶等；（3）化学方法，在保持材料相变储能特性前提下，通过化学方法将其改性，转变成新型化合物，使其满足应用要求，如嵌段共聚法、接枝共聚法和交联共聚法等。浸泡法是将由多孔材料制成的一定形状的物体浸泡在液态相变材料中,通过毛细管吸附作用制得储热复合材料，但是会出现相变材料富集于表层、熔化时易从表面渗出的现象，同时芯层相变材料含量较低，整体的相变潜热不高。而本发明利用赤泥多孔材料的吸附性，不会出现渗出现象。
赤泥是制铝企业提取氧化铝排出的污染的废渣，一般生产1吨氧化铝，就会产生1吨~2吨的赤泥。我国是氧化铝生产大国，每年排放的赤泥高达数百万吨，同时，大量的赤泥不能够充分有效的利用，只是简单的大面积的堆放，不仅占用了大量的土地，而且也严重污染环境。大量的赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成多方面直接和间接胡影响，因此，合理利用赤泥已经破在眉睫。
将相变材料石蜡嵌入多孔材料中制备相变复合材料，它能克服有机相变储能材料导热系数较小的特点，提供一种低制备成本，制备方法简单、应用性能好的相变储能材料的制备方法。石蜡由于其相变温度范围大（10~80℃）、相变焓高（200~300J/g）储能密度大、价格低廉、化学性质稳定、无毒等优点，是一种比较理想的相变材料。石蜡是一种廉价的相变材料，将其负载于多孔材料中可以提高复合相变材料的稳定性。
发明内容
本发明的目的是克服有机相变储能材料导热系数较小的特点，提供一种制备成本低，制备方法简单、应用性能好的相变储能材料。
本发明第二个目的是提供赤泥石蜡相变储能材料的制备方法混磨法。本发明的技术方案概述如下：
一种赤泥/石蜡相变储能材料的制备方法，包含以下几个步骤：
步骤1. 将赤泥和石蜡按照设定的比例配备，混合；
步骤2. 将混合的赤泥和石蜡放入研钵中研磨，研磨至＜900目；
步骤3. 将研磨后的混合材料放入烘箱中，在78℃～80℃环境下烘干4小时；
步骤4. 将烘干的材料再放入研钵中研磨2小时，得到赤泥-石蜡复合相变储能材料。
本发明以石蜡为储能材料，赤泥为基体材料，采用混磨—加热法制备，从而获得应用性能良好的相变储能材料。将本发明的相变储能材料用作建筑物的保温材料，可以有效地降低建筑物室内外热量传递幅度，降低室内温度波动，在保持人体适宜温度范围内，减少建筑供暖或空调的使用，实现了建筑节能。
附图说明
图1为原材料电镜扫描图像。其中，a图是赤泥扫描电镜图，b图是石蜡扫描电镜图。
图2为原材料赤泥的N2吸附-脱附等温线图。
图3为原材料赤泥的孔径分布曲线图。
图4为原材料红外光谱测试图。
图5为本发明赤泥-石蜡复合相变储能材料红外光谱测试图。
图6为赤泥XRD测试图。
图7为石蜡XRD测试图。
图8是本发明赤泥-石蜡复合相变储能材料XRD测试图。
图9是赤泥激光拉曼图。
图10是石蜡激光拉曼图。
图11是赤泥-石蜡复合相变储能材料激光拉曼图。
图12是将实施例1、2、3、4的赤泥-石蜡复合相变储能材料按照10%、20%、30%加入石膏中，制备成试块，试块的导热系数图。其中，图a，b，c，d分别对应实施例1，2，3，4。
以下结合具体实施方案进一步阐述本发明。
实施例1，
赤泥-石蜡复合相变储能材料，按照下述比例的原料制得：
石蜡：赤泥=0.4：0.6（质量百分比）。
实施例2，
赤泥-石蜡复合相变储能材料，按照下述比例的原料制得：
石蜡：赤泥=0.45：0.55（质量百分比）。
实施例3，
赤泥-石蜡复合相变储能材料，按照下述比例的原料制得：
石蜡：赤泥=0.5：0.5（质量百分比）。
实施例4，
赤泥-石蜡复合相变储能材料，按照下述比例的原料制得：
石蜡：赤泥=0.55：0.45（质量百分比）。
将原材料按照比例混合，制备成相变混合材料，实施案例1、2、3、4都按照下述步骤制备：
a. 将赤泥和石蜡按照4种比例（石蜡：赤泥=0.4：0.6，石蜡：赤泥=0.45：0.55，石蜡：赤泥=0.5：0.5，石蜡：赤泥=0.55：0.45）称取30g；
b. 将混合的赤泥和石蜡放入研钵中研磨2小时。研磨至＜900目；
c. 将研磨后的混合材料放入烘箱中，在78℃～80℃环境下烘干4小时；
d. 将烘干的材料再放入研钵中研磨2小时，得到赤泥-石蜡复合相变储能材料。
最后将制备的赤泥-石蜡复合相变储能材料加入石膏和水泥中，制备成3cm×3cm×5cm试块，测试导热系数。
按照上述步骤制备出赤泥-石蜡复合相变储能材料，将再通过热重和差热分析测试，表征所制备的相变储能材料的热稳定性。
本发明采用电镜分析了石蜡、赤泥材料的微观结构，通过测试其比表面对基体材料赤泥的孔径大小进行分析，用DRE-2C非稳态热工传感器对相变材料和非相变材料导热性能分析。结果表明相变材料对石膏的导热系数具有显著的影响。最后运用红外光谱测试、X射线荧光光谱、拉曼测试、X射线荧光光谱测试对原材料石蜡、赤泥及赤泥/石蜡相变储能材料化学成分进行研究分析。
图1为原材料电镜扫描图像，图2、图3分别为原材料赤泥的N2吸附-脱附等温线和孔径分布图。从图1可以得到赤泥的孔结构信息，赤泥中存在较多的中孔，同时还存在大孔，微孔相对存在量较少。最终，测算出的赤泥的比表面积为55.054m2/g。从图2孔径分布图可知赤泥主要由2~25nm中孔组成，测试得出赤泥的孔结构参数，赤泥的总孔容为0.163m3/g，微孔为0.01835m3/g,微孔占孔径分布比例约为11%，同样表明赤泥本身微孔结构较少，且主要为中孔和大孔。
图4、图5为实施例1、2、4、3及原材料红外光谱测试图。从中可以看出相变储能材料的峰值是由赤泥与石蜡的峰值叠加而得到，图中也未出现任何新的峰形，赤泥与石蜡在制备过程中并未有新物质生成，结构依然保持不变，相变储能材料稳定。
图6、图7、图8为实施例1、2、3、4赤泥-石蜡复合相变储能材料及原材料XRD测试图。由图可知，复合相变材料的峰的强度不同，是由于复合材料中石蜡和赤泥的含量不同所导致。
图9、图10、图11为实施例2、3、4赤泥-石蜡复合相变储能材料及原材料激光拉曼测试图。这三种不同比例的同种相变复合材料的峰值是由赤泥和石蜡的峰值叠加而成，同时峰的形状和峰值接近，没有产生新的特征峰，因此，可以认为它们混合后并未发生化学反应，化学性质稳定。
图12是将实施例1、2、3、4的赤泥-石蜡复合相变储能材料按照10%、20%、30%加入石膏中，制备成试块的导热系数图。测试试块在两种状态下导热系数，即湿状态下（在标准养护室条件下养护7d）和干燥状态下(将养护7d的试块放入烘箱中，在55℃烘8h)。总体来看，在这两种状态下，随着相变储能材料量的增加，石膏基相变复合材料试块的导热系数都呈近似线性下降，能够达到保温的效果。
将本发明的相变储能材料用作建筑物的保温材料，可以有效地降低建筑物室内外热量传递幅度，降低室内温度波动，在保持人体适宜温度范围内，减少建筑供暖或空调的使用，实现了建筑节能。

Claims (4)

1.一种赤泥-石蜡复合相变储能材料，包含石蜡和赤泥，各组分质量百分比：石蜡：赤泥=（0.4～0.55）：（0.45～0.6）。
2.一种混磨法制备权利要求1所述的赤泥-石蜡复合相变储能材料的方法，其步骤是：
步骤1. 将赤泥和石蜡按照设定的比例配备，混合；
步骤2. 将混合的赤泥和石蜡放入研钵中研磨，研磨至＜900目；
步骤3. 将研磨后的混合材料放入烘箱中，在78℃～80℃环境下烘干2-8小时；
步骤4. 将烘干的材料再放入研钵中研磨，得到赤泥-石蜡复合相变储能材料。
3.根据权利要求2所述的混磨法制备权利要求1所述的赤泥-石蜡复合相变储能材料的方法，其特征是：步骤3. 将研磨后的混合材料放入烘箱中，80℃环境下烘干4小时。
4.根据权利要求2所述的混磨法制备权利要求1所述的赤泥-石蜡复合相变储能材料的方法，其特征是：步骤4. 将烘干的材料再放入研钵中研磨2小时。
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