CN107936927A - 一种椰壳炭基复合相变储热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种椰壳炭基复合相变储热材料及其制备方法，采用H2O2微波处理椰壳炭后复合硬脂酸即得所述储热材料。材料储热容量为121‑153 J/g，导热系数在0.81‑0.94 W/(m·K)。本发明原材料价格低廉且易得，生产工艺简单，制备过程绿色环保，且所制备的储热材料应用于无水箱太阳能热水器时不易泄漏、不出现“爆管”现象，适用于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于储热材料制备技术领域，尤其涉及一种椰壳炭基复合相变储热材料及制备方法。
背景技术
无水箱太阳能热水器作为一种新兴的太阳能热水器受到广泛的关注，其将相变储热材料置于真空集热管内来替代传统水箱储存热量，因无需携带笨重的水箱，不仅可以方便的安放在屋顶，更可以安装在阳台、窗户外沿，与建筑结为一体。但相变材料存在自身导热性能差、相变时体积膨胀易导致真空管出现“爆管”泄漏等问题，严重影响其应用。
目前，主要采用金属多孔材料和非金属多孔材料(粘土矿物、石墨烯等)作为支撑基体试图解决以上问题。金属多孔材料可以很好的提高相变材料的导热性能，但是金属基多孔材料会增加复合相变储热材料的质量，影响无水箱太阳能热水器的轻便性，而且金属基多孔材料较大的热膨胀性也会导致“爆管”问题；非金属多孔材料中的粘土矿物虽然可以防止相变材料的泄漏，但不能很好的提高复合相变储热材料的导热性能；石墨烯可以有效的提高复合材料的导热性能及能防止相变泄漏，但是石墨烯会降低相变材料结晶度，进而导致相变材料单位质量储能密度减少，不仅如此，石墨烯制备过程繁琐、材料成本高，在无水箱太阳能热水器中实用型差。因此，需要开发一种价格低廉、简单易得的支撑基体材料，用来复合相变材料以制备高性能（高储能密度和高导热系数）的相变储热材料，同时在无水箱太阳能热水器中不出现泄漏以及“爆管”现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种椰壳炭基复合相变储热材料及制备方法，克服现有复合相变储热材料无水箱太阳能热水器中存在的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明一种椰壳炭基复合相变储热材料，所述的储热材料由硬脂酸与椰壳炭按质量比1-4 : 1而成。
本发明一种椰壳炭基复合相变储热材料，所述椰壳炭为经H2O2溶液羟基化处理后的椰壳炭。
本发明一种椰壳炭基复合相变储热材料的制备方法，包括以下步骤。
步骤一：椰壳炭的羟基化处理
取椰壳炭与H2O2溶液混合，置于微波炉中微波处理1-5 min，冷却、过滤后用去离子水洗涤干净，在115°C下干燥6~12 h，得到羟基化椰壳炭，备用。
步骤二：复合相变材料的制备
按质量比1-4 : 1分别称取硬脂酸和步骤一所得羟基化椰壳炭，盛入反应器中，抽真空至容器内压力为-0.1 MPa后，置于加热型超声波清洗器中于60-95°C维持20-40 min后，停止抽真空，使空气返回容器中，超声处理5~8 min，取出容器中的混合物，冷却，80-90°C条件下热过滤24 h，得到所述椰壳炭基相变储热材料。
本发明一种椰壳炭基复合相变储热材料的制备方法，步骤一中，所述椰壳炭粒度为10-100目。
本发明一种椰壳炭基复合相变储热材料的制备方法，步骤一中，椰壳炭与H2O2按质量比1 : 1-3混合，H2O2的质量百分浓度为5-30%。
本发明一种椰壳炭基复合相变储热材料的制备方法，步骤一中，微波处理功率为400-700 W，微波处理时间为1-5 min。
本发明的有益效果在于：（1）采用简易的方法，对椰壳炭进行羟基化处理，可以大幅度提高椰壳炭对硬脂酸的负载量，同时提高椰壳炭对硬脂酸的结合能力防止其相变时泄漏；（2）采用椰壳炭可以提高相变材料的导热系数；（3）椰壳炭密度0.50 g-0.70 g/cm3小于硬脂酸密度0.85 g/cm3，不会增加单位体积的质量，可以实现无水箱太阳能热水器的轻便性；（4）利用价格低廉、简单易得的椰壳炭为支撑基体，大大降低了复合相变储热材料的价格，可很好的应用于无水箱太阳能热水器。
具体实施方式
下面以具体实施方式对本发明进行进一步的详细说明，但不代表本发明的范围仅限于以下实例。
实施例1
将30重量份80-100目的椰壳炭与60重量份质量分数为5 %的H2O2溶液置于容器中，搅拌混合后，置于微波炉中，在700 W功率下微波处理1 min，取出冷却后，过滤清洗干净，并放于恒温烘箱中105°C干燥12 h，得到羟基化椰壳炭；将羟基化椰壳炭置于反应器底部，再称取100重量份硬脂酸均匀覆盖在羟基化椰壳炭基体上，抽真空至容器内压力为-0.1 MPa后，置于加热型超声波清洗器中于80°C维持25min后，停止抽真空，使空气返回容器中，超声处理5 min，取出容器中的混合物，冷却，90°C条件下热过滤24 h，得到所述椰壳炭基复合相变储热材料。
本实施例制备的椰壳炭基复合相变储热材料性能参数如下：储热容量为153 J/g，导热系数为0.81 W/(m·K)；重复以上步骤制备多批次样品，并填充至真空集热管中后将管两端密封，在屋顶连续放置30天，无泄漏和爆管现象的出现。
实施例2
将30重量份60-80目的椰壳炭与50重量份质量分数为15 %的H2O2溶液置于容器中，搅拌混合后，置于微波炉中，在600 W功率下微波处理3 min，取出冷却后，过滤清洗干净，并放于恒温烘箱中105°C干燥12h，得到羟基化椰壳炭；将羟基化椰壳炭置于反应器底部，再称取80重量份硬脂酸均匀覆盖在羟基化椰壳炭基体上，抽真空至容器内压力为-0.1 MPa后，置于加热型超声波清洗器中于75°C维持30 min后，停止抽真空，使空气返回容器中，超声处理5 min，取出容器中的混合物，冷却，85°C条件下热过滤24 h，得到所述椰壳炭基复合相变储热材料。
本实施例制备的椰壳炭基复合相变储热材料性能参数如下：储热容量为139 J/g，导热系数为0.89 W/(m·K)；重复以上步骤制备多批次样品，并填充至真空集热管中后将管两端密封，在屋顶连续放置30天，无泄漏和爆管现象的出现。
实施例3
将30重量份40-60目的椰壳炭与40重量份质量分数为30 %的H2O2溶液置于容器中，搅拌混合后，置于微波炉中，在500 W功率下微波处理5 min，取出冷却后，过滤清洗干净，并放于恒温烘箱中105°C干燥12 h，得到羟基化椰壳炭；将羟基化椰壳炭置于反应器底部，再称取60重量份硬脂酸均匀覆盖在羟基化椰壳炭基体上，抽真空至容器内压力为-0.1 MPa后，置于加热型超声波清洗器中于85°C维持20 min后，停止抽真空，使空气返回容器中，超声处理5 min，取出容器中的混合物，冷却，80°C条件下热过滤24 h，得到所述椰壳炭基复合相变储热材料。
本实施例制备的椰壳炭基复合相变储热材料性能参数如下：储热容量为121 J/g，导热系数为0.94 W/(m·K)；重复以上步骤制备多批次样品，并填充至真空集热管中后将管两端密封，在屋顶连续放置30天，无泄漏和爆管现象的出现。
对比例
直接取30重量份80-100目的椰壳炭置于反应器底部，再称取100重量份硬脂酸均匀覆盖在羟基化椰壳炭基体上，抽真空至容器内压力为-0.1 MPa后，置于加热型超声波清洗器中于80°C维持25 min后，停止抽真空，使空气返回容器中，超声处理5 min，取出容器中的混合物，冷却，90°C条件下热过滤24 h，得到所述椰壳炭基复合相变储热材料。
本对比例制备的椰壳炭基复合相变储热材料性能参数如下：储热容量为117 J/g，导热系数为0.91 W/(m·K)；重复以上步骤制备多批次样品，并填充至真空集热管中后将管两端密封，在屋顶连续放置30天，有少量硬脂酸泄漏。
Claims (8)
1.本发明一种椰壳炭基复合相变储热材料，所述的储热材料由硬脂酸与椰壳炭按质量比1-4 : 1而成。
2.根据权利要求1所述一种椰壳炭基复合相变储热材料，其特征在于：所述椰壳炭为经H2O2溶液羟基化处理后的椰壳炭。
3.一种椰壳炭基复合相变储热材料的制备方法，包括以下步骤。
4.步骤一：椰壳炭的羟基化处理
取椰壳炭与H2O2溶液混合，置于微波炉中微波处理1-5 min，冷却、过滤后用去离子水洗涤干净，在115°C下干燥6-12 h，得到羟基化椰壳炭，备用。
5.步骤二：复合相变材料的制备
按质量比1-4 : 1称取硬脂酸和步骤一所得羟基化椰壳炭，盛入反应器中，抽真空至容器内压力为-0.1 MPa后，置于加热型超声波清洗器中于60-95°C维持20-40 min后，停止抽真空，使空气返回容器中，超声处理5-8 min，取出容器中的混合物，冷却，80-90°C条件下热过滤24 h，得到所述椰壳炭基相变储热材料。
6.根据权利要求3所述的一种椰壳炭基复合相变储热材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述椰壳炭粒度为10-100目。
7.根据权利要求3或4所述的一种椰壳炭基复合相变储热材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，椰壳炭与H2O2按质量比1 : 1-3混合，H2O2的质量百分浓度为5-30 %。
8.根据权利要求3所述一种椰壳炭基复合相变储热材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，微波处理功率为400-700 W，微波处理时间为1-5 min。
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| CN108676550A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-10-19 | 山东建筑大学 | 一种无机水合盐多孔碳复合相变材料及其制备方法 |
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