CN108724384B - 一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法，本发明涉及一种储能自发光木材的制备方法。本发明要解决现有无法制备同时具有储存热能和光能木材的问题。方法：一、将木材浸入到氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中，加热至沸腾，然后洗涤，得到脱木素木材；二、将脱木素木材浸入到过氧化氢溶液中进行漂白，得到漂白后的木材；三、将稀土铝酸盐发光材料和熔化后的相变材料混合，得到稀土铝酸盐发光材料和相变材料的的混合物，将漂白后的木材浸渍到稀土铝酸盐发光材料和相变材料的的混合物中保持，得到同时储存热能和光能的自发光木材。本发明用一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法。

Description

一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种储能自发光木材的制备方法。
背景技术
由于目前化石等不可再生能源的不断减少，而太阳能、风能、潮汐能等新能源存在一定的间歇性，导致满足不了人们日益增长的需求。并且人们在光能和热能方面的能源消耗将近占总消耗的50％，因此开发出既可以储存热能又可以储存光能的储能材料在能源应用及发展过程中越来越重要。相变储能材料因为具有良好的储热能力而得到广泛的关注。目前很多研究人员集中在相变储能复合材料的制备，如，北京理工大学制备了具有储能效果的智能纤维，可应用于衣服的调温；惠灵顿维多利亚大学利用相变材料制备了保温纸箱，用于易腐烂食物的运输；斯威本科技大学研究人员将相变材料与石灰等掺杂，用于建筑的调温，降低了热应力风险。在光能储存方面，稀土铝酸盐发光材料因为其能够吸收和储存可将光和紫外光，并以可见光的形式在夜间释放出来，广泛应用于建筑装饰，交通及消防设施的信号指示，紧急信号灯等。并且具有发光强度大，余晖时间长以及无毒，无放射性物质等优势。但现有技术无法制备同时具有储存热能和光能的木材。
发明内容
本发明要解决现有无法制备同时具有储存热能和光能木材的问题，因而提供一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法。
一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法是按以下步骤进行：
一、将木材浸入到氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中，加热至沸腾6h～12h，然后取出并用去离子水洗涤3次～5次，得到脱木素木材；
所述的氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中氢氧化钠的浓度为2mol/L～5mol/L；所述的氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中亚硫酸钠的浓度为0.1mol/L～1mol/L；
二、将脱木素木材浸入到浓度为2mol/L～5mol/L的过氧化氢溶液中进行漂白，加热至沸腾2h～4h，得到漂白后的木材；
三、在温度为45℃～70℃的条件下，将稀土铝酸盐发光材料和熔化后的相变材料混合，得到稀土铝酸盐发光材料和相变材料的的混合物，在温度为45℃～70℃的条件下，将漂白后的木材浸渍到稀土铝酸盐发光材料和相变材料的的混合物中保持1h～3h，得到同时储存热能和光能的自发光木材；
所述的稀土铝酸盐发光材料和熔化后的相变材料的质量比为(5～30):100。
本发明的有益效果是：
1、本发明以木材作为支撑材料，是一种具有三维多孔结构的天然高分子材料，来源广泛，成本低廉，强度好，并且具有良好的吸附能力，并且符合绿色化学的要求。
2、本发明不但可以储存周围环境辐射和生产生活产生的废热，调节周围温度；还能吸收太阳光及其他人造光源，并在黑暗环境下以可见光的形式释放出来。这样不但可以节约能源，还可以起到装饰和美化的作用。当相变材料为十四醇；稀土铝酸盐发光材料为SrAl2O4:Eu2+时，采用数码相机进行宏观表征，显示了自发光木材在黑暗处的宏观发光图像；通过SEM对脱木素木材进行表征可知，脱木素木材保留了木材原有的三维多孔结构；在填充相变材料/稀土铝酸盐发光材料后，孔道被填满，孔道消失；采用差示扫描量热仪(DSC)对自发光木材表征结果如下：熔融相变温度为36.86℃，熔融相变焓为146.7kJ/kg；液-固相变温度和固-固相变温度分别为36.85℃和31.56℃，二者相变焓为141.2kJ/kg，具有很好储热性能；采用荧光光谱分析仪对自发光木材的表征结果如下：自发光木材可吸收275nm～450nm的可见光和紫外光，在黑暗处会发射出黄绿色的光，并且余晖时间长达10h。
3、本发明实验方案可行性高，原材料来源丰富，操作工艺简单，资金投入少，制备周期短(9h～19h)，反应条件温和(25℃～100℃)，环境友好，不需要大型仪器设备，可以实现大规模的工业化生产加工，具有很广泛的应用前景，可以应用于家具、食物储存、建筑、交通及消防设施等储能领域。
本发明用于一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法。
附图说明
图1为实施例一制备的同时储存热能和光能的自发光木材在黑暗处的宏观发光照片；
图2为实施例一步骤一得到的脱木素木材的纵切面扫描电镜照片；
图3为实施例一步骤一得到的脱木素木材的横切面扫描电镜照片；
图4为实施例一制备的同时储存热能和光能的自发光木材的纵切面扫描电镜照片；
图5为实施例一制备的同时储存热能和光能的自发光木材的横切面扫描电镜照片；
图6为实施例一制备的同时储存热能和光能的自发光木材的DSC曲线；
图7为实施例一制备的同时储存热能和光能的自发光木材的激发光谱；
图8为实施例一制备的同时储存热能和光能的自发光木材的发射光谱；
图9为实施例一制备的同时储存热能和光能的自发光木材的余晖谱图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法是按以下步骤进行：
一、将木材浸入到氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中，加热至沸腾6h～12h，然后取出并用去离子水洗涤3次～5次，得到脱木素木材；
所述的氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中氢氧化钠的浓度为2mol/L～5mol/L；所述的氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中亚硫酸钠的浓度为0.1mol/L～1mol/L；
二、将脱木素木材浸入到浓度为2mol/L～5mol/L的过氧化氢溶液中进行漂白，加热至沸腾2h～4h，得到漂白后的木材；
三、在温度为45℃～70℃的条件下，将稀土铝酸盐发光材料和熔化后的相变材料混合，得到稀土铝酸盐发光材料和相变材料的的混合物，在温度为45℃～70℃的条件下，将漂白后的木材浸渍到稀土铝酸盐发光材料和相变材料的的混合物中保持1h～3h，得到同时储存热能和光能的自发光木材；
所述的稀土铝酸盐发光材料和熔化后的相变材料的质量比为(5～30):100。
本具体实施方式的有益效果是：1、本具体实施方式以木材作为支撑材料，是一种具有三维多孔结构的天然高分子材料，来源广泛，成本低廉，强度好，并且具有良好的吸附能力，并且符合绿色化学的要求。
2、本具体实施方式不但可以储存周围环境辐射和生产生活产生的废热，调节周围温度；还能吸收太阳光及其他人造光源，并在黑暗环境下以可见光的形式释放出来。这样不但可以节约能源，还可以起到装饰和美化的作用。当相变材料为十四醇；稀土铝酸盐发光材料为SrAl2O4:Eu2+时，采用数码相机进行宏观表征，显示了自发光木材在黑暗处的宏观发光图像；通过SEM对脱木素木材进行表征可知，脱木素木材保留了木材原有的三维多孔结构；在填充相变材料/稀土铝酸盐发光材料后，孔道被填满，孔道消失；采用差示扫描量热仪(DSC)对自发光木材表征结果如下：熔融相变温度为36.86℃，熔融相变焓为146.7kJ/kg；液-固相变温度和固-固相变温度分别为36.85℃和31.56℃，二者相变焓为141.2kJ/kg，具有很好储热性能；采用荧光光谱分析仪对自发光木材的表征结果如下：自发光木材可吸收275nm～450nm的可见光和紫外光，在黑暗处会发射出黄绿色的光，并且余晖时间长达10h。
3、本具体实施方式实验方案可行性高，原材料来源丰富，操作工艺简单，资金投入少，制备周期短(9h～19h)，反应条件温和(25℃～100℃)，环境友好，不需要大型仪器设备，可以实现大规模的工业化生产加工，具有很广泛的应用前景，可以应用于家具、食物储存、建筑、交通及消防设施等储能领域。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的木材为松木、桦木、楸木、红橡、白橡、柞木、水曲柳、榆木或杨木。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤三中所述的熔化后的相变材料为熔化后的石蜡、熔化后的聚乙二醇或熔化后的脂肪醇。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的熔化后的脂肪醇为熔化后的十四醇。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中所述的稀土铝酸盐发光材料为SrAl2O4:Eu2+、SrAl2O4:Eu2+,Dy3+或Sr2Al6O11:Eu2+,Dy3+。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中将木材浸入到氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中，加热至沸腾8h～12h，然后取出并用去离子水洗涤4次～5次，得到脱木素木材。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中所述的氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中氢氧化钠的浓度为2.5mol/L～5mol/L；所述的氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中亚硫酸钠的浓度为0.4mol/L～1mol/L。其它与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中将脱木素木材浸入到浓度为2mol/L～4mol/L的过氧化氢溶液中进行漂白，加热至沸腾2h～4h，得到漂白后的木材。其它与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中在温度为50℃～70℃的条件下，将稀土铝酸盐发光材料和熔化后的相变材料混合，得到稀土铝酸盐发光材料和相变材料的的混合物，在温度为50℃～70℃的条件下，将漂白后的木材浸渍到稀土铝酸盐发光材料和相变材料的的混合物中保持2h～3h，得到同时储存热能和光能的自发光木材。其它与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中所述的稀土铝酸盐发光材料和熔化后的相变材料的质量比为(15～30):100。其它与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法是按以下步骤进行：
一、将木材浸入到氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中，加热至沸腾12h，然后取出并用去离子水洗涤3次，得到脱木素木材；
所述的氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中氢氧化钠的浓度为2.5mol/L；所述的氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中亚硫酸钠的浓度为0.4mol/L；
二、将脱木素木材浸入到浓度为2mol/L的过氧化氢溶液中进行漂白，加热至沸腾3h，得到漂白后的木材；
三、在温度为50℃的条件下，将稀土铝酸盐发光材料和熔化后的相变材料混合，得到稀土铝酸盐发光材料和相变材料的的混合物，在温度为50℃的条件下，将漂白后的木材浸渍到稀土铝酸盐发光材料和相变材料的的混合物中保持2h，得到同时储存热能和光能的自发光木材；
所述的稀土铝酸盐发光材料和熔化后的相变材料的质量比为15:100；
步骤一中所述的木材为杨木；
步骤三中所述的熔化后的相变材料为熔化后的十四醇；
步骤三中所述的稀土铝酸盐发光材料为SrAl2O4:Eu2+。
图1为实施例一制备的同时储存热能和光能的自发光木材在黑暗处的宏观发光照片；展现了自发光木材在黑暗处的宏观现象。
图2为实施例一步骤一得到的脱木素木材的纵切面扫描电镜照片；图3为实施例一步骤一得到的脱木素木材的横切面扫描电镜照片；由图可知，脱木素木材保留了木材原有的三维多孔结构。
图4为实施例一制备的同时储存热能和光能的自发光木材的纵切面扫描电镜照片；图5为实施例一制备的同时储存热能和光能的自发光木材的横切面扫描电镜照片；图4、图5与图2、图3对比可知，在填充混合物后，孔道被填满，孔道消失。
图6为实施例一制备的同时储存热能和光能的自发光木材的DSC曲线；说明了自发光木材具有较大的相变焓，熔融相变温度为36.86℃，熔融相变焓为146.7kJ/kg；液-固相变温度和固-固相变温度分别为36.85℃和31.56℃，二者相变焓为141.2kJ/kg，具有很好储热性能。
图7为实施例一制备的同时储存热能和光能的自发光木材的激发光谱；说明了自发光木材可被275nm～450nm的可见光和紫外光激发。
图8为实施例一制备的同时储存热能和光能的自发光木材的发射光谱；说明了自发光木材能发射450nm～650nm之间的黄绿光。
图9为实施例一制备的同时储存热能和光能的自发光木材的余晖谱图；测试了30min内的余晖亮度，并按实际类推，可持续10h的发光时长。

Claims (6)

1.一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法，其特征在于一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法是按以下步骤进行：
一、将木材浸入到氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中，加热至沸腾6h～12h，然后取出并用去离子水洗涤3次～5次，得到脱木素木材；
所述的氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中氢氧化钠的浓度为2mol/L～5mol/L；所述的氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中亚硫酸钠的浓度为0.1mol/L～1mol/L；
二、将脱木素木材浸入到浓度为2mol/L～5mol/L的过氧化氢溶液中进行漂白，加热至沸腾2h～4h，得到漂白后的木材；
三、在温度为45℃～70℃的条件下，将稀土铝酸盐发光材料和熔化后的相变材料混合，得到稀土铝酸盐发光材料和相变材料的的混合物，在温度为45℃～70℃的条件下，将漂白后的木材浸渍到稀土铝酸盐发光材料和相变材料的的混合物中保持1h～3h，得到同时储存热能和光能的自发光木材；
所述的稀土铝酸盐发光材料和熔化后的相变材料的质量比为15:100；
步骤三中所述的熔化后的相变材料为熔化后的十四醇；步骤三中所述的稀土铝酸盐发光材料为SrAl2O4:Eu2+、SrAl2O4:Eu2+,Dy3+或Sr2Al6O11:Eu2+,Dy3+。
2.根据权利要求1所述的一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法，其特征在于步骤一中所述的木材为松木、桦木、楸木、红橡、白橡、柞木、水曲柳、榆木或杨木。
3.根据权利要求1所述的一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法，其特征在于步骤一中将木材浸入到氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中，加热至沸腾8h～12h，然后取出并用去离子水洗涤4次～5次，得到脱木素木材。
4.根据权利要求1所述的一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法，其特征在于步骤一中所述的氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中氢氧化钠的浓度为2.5mol/L～5mol/L；所述的氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中亚硫酸钠的浓度为0.4mol/L～1mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法，其特征在于步骤二中将脱木素木材浸入到浓度为2mol/L～4mol/L的过氧化氢溶液中进行漂白，加热至沸腾2h～4h，得到漂白后的木材。
6.根据权利要求1所述的一种同时储存热能和光能的自发光木材的制备方法，其特征在于步骤三中在温度为50℃～70℃的条件下，将稀土铝酸盐发光材料和熔化后的相变材料混合，得到稀土铝酸盐发光材料和相变材料的的混合物，在温度为50℃～70℃的条件下，将漂白后的木材浸渍到稀土铝酸盐发光材料和相变材料的的混合物中保持2h～3h，得到同时储存热能和光能的自发光木材。
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