CN107722944B - 一种果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料及其制备方法 - Google Patents

一种果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料，含有质量百分比浓度为22%～23%的甲酸钠、质量百分比浓度为12%的氯化钾、余量为蒸馏水，还含有质量百分比浓度为0.4%的黄原胶、质量百分比浓度为0.12%的纳米二氧化钛、质量百分比浓度为0.13%的十二烷基硫酸钠。本发明还提供了上述低温相变蓄冷材料的制备方法。本发明的相变温度为‑23.5～‑23.8℃，潜热为220.7～235.7J/g；本发明相变过程可逆，常温下为果冻状凝胶型，可防止泄漏；所需原料化学性质稳定，可长期使用的，且原料无毒无害，来源广泛、成本较低，可广泛应用于低温领域。

Description

一种果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料及其制备方法
技术领域
本发明为相变材料学领域，涉及一种多元复合凝胶蓄冷剂，具体来说是一种果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料及其制备方法。
背景技术
储量有限的能源已经无法满足人类快速增长的能源需求，并且传统的化石能源在使用过程中，一般都会产生如二氧化碳等温室气体导致全球气候变化的问题，这就使蓄冷技术得到重视和发展。蓄冷技术是利用材料释放显热以及相变过程中的潜热将冷量积聚到存储介质中，需要时再释放出的一种可以克服能量在利用过程中产生的时空匹配错差问题，有效节约能源的新型节能技术。
蓄冷相变材料作为蓄冷剂通常是由一种或者多种有机物或(和)无机化合物组成的凝胶状混合物，在低温环境下释放潜热储存大量冷量，然后在温度较高时又能放出这些冷量，使自身及周围一定范围内的环境处于较长时间的低温状态。
现在相变储能技术已经广泛的应用在日常生活中，在蓄冷空调系统、太阳能利用、工业余热利用、技能环保建筑、医疗、食品保鲜、冷链运输等方面都有广泛的应用。但目前，低温相变蓄冷剂的研究还相对比较少，特别是温度为-60℃-0℃的相变温度。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料及其制备方法，所述的这种果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料及其制备方法要解决现有技术的低温相变蓄冷材料使用过程中会出现较大过冷和相分离现象的技术问题。
本发明提供了一种果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料，由包括下述质量百分比的原料制备而成：
甲酸钠22％～23％；
氯化钾12％；
余量为蒸馏水。
进一步的，还含有黄原胶，在所述的果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料中，黄原胶的质量百分比浓度为0.4％。
进一步的，还含有纳米二氧化钛和十二烷基硫酸钠，在所述的果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料中，所述的纳米二氧化钛的质量百分比浓度为0.12％，所述的十二烷基硫酸钠的质量百分比浓度为0.13％。
进一步的，所述的纳米二氧化钛的粒径为5nm-10nm。
进一步的，所述相变蓄冷材料的相变温度为-23.4～-23.8℃，相变潜热为220.7～235.7J/g。
本发明还提供了上述的一种果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照质量百分比称取甲酸钠、氯化钾、黄原胶、纳米二氧化钛、十二烷基硫酸钠、蒸馏水；
2)室温下，将称量好的十二烷基硫酸钠置于一个容器中，向其中加入称量好的蒸馏水，搅拌，在搅拌过程中依次加入甲酸钠、氯化钾、纳米二氧化钛，充分混合分布均匀后，然后超声振动30～90min；再在搅拌过程中分2～5批加入称取好的黄原胶，搅拌直至溶液成为白色混合均匀的凝胶状液体，放置3～9小时后，得到果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料。
本发明提供了一种果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料，它的相变温度由无机盐氯化钾和有机盐甲酸钠共同控制决定，再加入优化材料：黄原胶、二氧化钛(5-10nm亲水亲油型)、十二烷基硫酸钠。本发明相变过程可逆，常温下为果冻状凝胶型，可防止泄漏；所需原料化学性质稳定，可长期使用的，且原料无毒无害，来源广泛、成本较低，可广泛应用于低温领域。
本发明提供了一种相变温度较低，相变潜热较大，且相变过程稳定，可循环使用，过冷度较低，无毒无害的相变蓄冷材料。本发明的相变蓄冷材料，配方合理，蓄冷及环保性能好，且可循环使用，相变温度较低，相变潜热较高，十分适合用于低温领域应用。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明提供的相变蓄冷材料，在加入成核剂、增稠剂，常温配置状态为乳白色果冻状凝胶体，避免使用过程中出现的较大过冷，相分离现象，也避免了使用过程中存在的泄漏风险。
附图说明
图1为本发明实施例1相变蓄冷材料的DSC曲线。
图2为本发明实施例1相变蓄冷材料的T-t曲线。
图3为本发明实施例2相变蓄冷材料的DSC曲线。
图4为本发明实施例2相变蓄冷材料的T-t曲线。
图5为本发明实施例3相变蓄冷材料的DSC曲线。
图6为本发明实施例3相变蓄冷材料的T-t曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1
室温下，在配置时，向烧杯中加入质量分数为66％蒸馏水，使用磁力搅拌器搅拌，在搅拌过程中依次加入22％甲酸钠、12％氯化钾；加入材料过程中，在甲酸钠完全溶解后再加入氯化钾，继续搅拌至氯化钾完全溶解，成为透明溶液，放置至室温。
通过NETZSCH DSC 200F3仪器测试得出DSC测试曲线如图1，其相变蓄冷材料的相变温度为-23.5℃，相变潜热为223.4J/g。如图3相变蓄冷材料T-t曲线所示，相变材料化学性质稳定，相变过程稳定，但有较大过冷度。蓄冷过程与放冷过程都很稳定，且与DSC曲线图得出的相变温度近似一致。(如图2)。
实施例2
室温下，在配置时，向烧杯中加入质量分数为65.6％蒸馏水，使用磁力搅拌器搅拌，在搅拌过程中依次加入22％甲酸钠、12％氯化钾；加入材料过程中，在甲酸钠完全溶解后再加入氯化钾，继续搅拌至氯化钾完全溶解，成为透明溶液。然后再在搅拌过程中分批次的加入质量分数为0.4％的黄原胶，搅拌至黄原胶完全溶于溶液中成为均匀混合状态，溶液为乳黄色溶液，静置6个小时后，得到乳黄色透明果冻状凝胶蓄冷剂。
通过NETZSCH DSC 200F3仪器测试得出DSC测试曲线如图3，其相变蓄冷材料的相变温度为-23.8℃，相变潜热为220.7J/g。如图3相变蓄冷材料T-t曲线所示，相变材料化学性质稳定，相变过程稳定，但有较大过冷度。蓄冷过程与放冷过程都很稳定，且与DSC曲线图得出的相变温度近似一致(如图4)。
实施例3
室温下，在配置时，按所需质量配比称取好22％甲酸钠、12％氯化钾、65.35％的蒸馏水、0.4％黄原胶、0.13％十二烷基硫酸钠、0.12％二氧化钛，将称量好的十二烷基硫酸钠置于烧杯中，向其中加入称量好的蒸馏水，使用磁力搅拌器搅拌，在搅拌过程中依次加入甲酸钠、氯化钾、纳米二氧化钛，在加入材料时所述操作需要一种材料完全溶解后再加入下一种材料，继续通过搅拌的方法，到所有材料充分混合分布均匀后，然后超声振动60min；再在搅拌过程中分批加入称取好的黄原胶(第一批次的黄原胶加入，搅拌至黄原胶完全均匀溶解后，再加入第二批次)，搅拌直至溶液成为白色混合均匀的凝胶状液体，放置6小时后，得到白色果冻状凝胶蓄冷剂。
通过NETZSCH DSC 200F3仪器测试得出DSC测试曲线如图5，该相变蓄冷材料的相变温度为-23.8℃，相变潜热为235.7J/g。如图6相变蓄冷材料T-t曲线所示，相变过程稳定，过冷度降低。蓄冷过程与放冷过程都很稳定，且与DSC曲线图得出的相变温度近似一致，且过冷度较方案一和二都较小(如图6)。

Claims (4)

1.一种果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料，其特征在于由包括下述质量百分比的原料制备而成：
甲酸钠 22%～23%；
氯化钾 12%；
黄原胶 0.4%，
纳米二氧化钛 0.12%，
十二烷基硫酸钠 0.13%；
余量为蒸馏水。
2.根据权利要求1所述的一种果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料，其特征在于：所述的纳米二氧化钛的粒径为5nm-10nm。
3.根据权利要求1所述的一种果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料，其特征在于：所述相变蓄冷材料的相变温度为-23.4～-23.8℃，相变潜热为220.7～235.7J/g。
4.权利要求1所述的一种果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）按照质量百分比称取甲酸钠、氯化钾、黄原胶、纳米二氧化钛、十二烷基硫酸钠、蒸馏水；
2）室温下，将称量好的十二烷基硫酸钠置于一个容器中，向其中加入称量好的蒸馏水，搅拌，在搅拌过程中依次加入甲酸钠、氯化钾、纳米二氧化钛，充分混合分布均匀后，然后超声振动30~90min；再在搅拌过程中分2~5批加入称取好的黄原胶，搅拌直至溶液成为白色混合均匀的凝胶状液体，放置3~9小时后，得到果冻状凝胶型复合低温相变蓄冷材料。
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