CN109354033A - 一种高吸附性的膨胀蒙脱土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种膨胀层状硅酸盐，特别涉及一种具有高吸附性的膨胀蒙脱土，以及该材料的制备方法和用途。在膨胀蒙脱土的制备过程中，将聚醚胺盐改性的蒙脱土长时间分散在N‑甲基吡咯烷酮中，形成分散性良好的剥离型蒙脱土，然后通过低温去除有机物，高温下进行蒙脱土活化处理，得到了低堆密度的膨胀蒙脱土，其吸附效果堪比膨胀石墨，吸附率达到90wt％以上，该材料可以广泛应用于相变储能材料、建筑材料、保温材料等诸多领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的相变材料载体，具体涉及一种高吸附性的膨胀蒙脱土，以及该材料的制备方法。
背景技术
在全球能源逐渐减少和环境污染严重的今天，研究开发可再生能源，发展高效的节能技术已经迫在眉睫。利用相变材料的相变潜热来实现能量的存储和应用，有利于提高能源的利用效率，已经成为了材料科学领域研究的一个热点。其中，研究最为广泛的就是复合相变储能材料，复合相变材料就是将相变过程中无定型的相变材料，填充到热性能相对较好的相变材料载体中，并且在相变过程中保持固定的形状而不发生流动。
目前，将相变材料吸附于多孔或者层状载体中是最常见的固载方式之一，很多研究人员将石蜡、脂肪酸等相变材料负载于膨胀石墨、改性蒙脱土等等中。陈中华等利用超声波震荡以及液相插层法制备了十二醇/有机改性蒙脱土复合储能材料，通过XRD谱图中分析蒙脱土片层间距的变化，证明了十二醇成功地插入了蒙脱土片层间，蒙脱土与十二醇之间无任何化学反应，复合材料的相变潜热对应体系中十二醇的质量分数。十二醇的插层率可达29.6％，相变焓为69.3J/g。并且得到的复合材料具有较好的热循环稳定性，适合作为建筑节能材料。专利CN102031090A公开了一种具有相变储能功能的相变石墨粉及其制备方法。专利CN102061403A提出了一种多孔材料基体和复合储热材料及其制备方法，该发明将含钙原料和含硅原料为多孔基体，加入一定量的金属粉末，制备出复合相变材料。
目前研究中，相变储能材料所用的载体多为蒙脱土等层状硅酸盐，但其负载率都低于75wt％，也有学者通过蒙脱土和纳米石墨片层复合，来得到高负载率的纳米载体，但其导电性过高，限制了其应用范围，随着相变储能材料的发展，一种制备简单、价格低廉、密度低、相变材料负载率高且绝缘性好的载体势必具有极大的市场需求，这种新型材料对于相变复合定型材料的发展也有重要意义。
发明内容
本发明公开一种高吸附性的膨胀蒙脱土及其制备方法，其目的在于提供一种高吸附性、低密度的膨胀蒙脱土作为相变材料载体，有效解决相变芯材的吸附率低、泄露严重等问题，实现相变储能效率的提高。
本发明的一种高吸附性的膨胀蒙脱土的制备方法是：
步骤(1)聚醚胺的铵盐化：称取一定量的聚醚胺或制备得到的大分子量聚醚胺溶于丙酮溶液中，倒入三口烧瓶中，磁力搅拌，量取一定量浓盐酸溶于少量去离子水中，滴加至三口烧瓶中，将三口烧瓶置于冰水混合物中，磁力搅拌一定时间，然后将制得的铵盐置于冰箱中冷藏；
步骤(2)聚醚胺盐插层蒙脱土：将钠基蒙脱土分散在去离子水中，搅拌均匀后，室温下滴加步骤(1)制备出的聚醚胺盐溶液，边滴加边搅拌，30分钟后，将体系倒入三口烧瓶中，油浴加热，保持一定时间。反应结束后，将三口烧瓶中的混合液离心，将离心出的改性蒙脱土，分别用去离子水洗两遍，后用丙酮洗涤一遍；
步骤(3)有机蒙脱土稳定悬浮液的制备：将步骤(2)制备的有机改性蒙脱土置于N-甲基吡咯烷酮溶液中，搅拌，静置，形成稳定的有机蒙脱土溶胀体系；
步骤(4)有机蒙脱土的膨化：取一定量的有机蒙脱土的NMP悬浮液，置于烧杯中，放入鼓风烘箱中，进行充分干燥，然后放入马弗炉中烧结、研磨，取出；
步骤(5)石蜡负载率的测试。
本发明的膨胀蒙脱土的制备方法，所述的步骤(1)中，优选地，聚醚胺为聚醚三胺T5000，分析纯。
本发明的膨胀蒙脱土的制备方法，所述的步骤(1)中，优选地，磁力搅拌时间为30min，转速为150r/min。
本发明的膨胀蒙脱土的制备方法，所述的步骤(1)中，优选地，盐酸与胺基摩尔比为1:1。
本发明的膨胀蒙脱土的制备方法，所述的步骤(1)中，优选地，磁力搅拌时间为4小时。
本发明的膨胀蒙脱土的制备方法，所述的步骤(2)中，优选地，油浴条件为70℃，保温4小时。
本发明的膨胀蒙脱土的制备方法，所述的步骤(2)中，优选地，离心条件为3000r/min，离心时间为4小时。
本发明的膨胀蒙脱土的制备方法，所述的步骤(2)中，优选地，洗土条件为去一定量的去离子水或者丙酮加入到有机改性土中，乳化5min，磁力搅拌5min。
本发明的膨胀蒙脱土的制备方法，所述的步骤(4)中，优选地，烘干工艺为60℃30min，80℃30min，100℃30min，120℃30min，140℃30min，180℃30min，210℃2h。
本发明的膨胀蒙脱土的制备方法，所述的步骤(4)中，优选地，烧结工艺为300℃30min，350℃30min，400℃30min，450℃等冒烟完毕，保持1h，600℃2h，700℃4h。
本发明与现有技术相比有以下优点：该膨胀蒙脱土具有超低密度，具有堪比于膨胀石墨的高吸附性能，而且材料本身绝缘性优良，制备方法简单可行，对设备的要求不高，适合于工业化生产，使其在多种领域中具有更加广泛的应用前景。
具体实施方式
实施例1：
(1)称取20g的T5000聚醚胺溶于200ml丙酮溶液中，倒入
250ml三口烧瓶中，磁力搅拌30min，转速为150r/min，量取0.43g浓盐酸(盐酸与胺基摩尔比为1:1)溶于10ml去离子水中，滴加至三口烧瓶中，将三口烧瓶置于冰水混合物中，磁力搅拌4个小时，然后将制得的铵盐置于冰箱中冷藏；
(2)将4g钠基蒙脱土分散在400ml去离子水中，搅拌均匀后，室温下滴加200ml制备出的聚醚胺盐溶液，边滴加边搅拌，30分钟后，将体系倒入三口烧瓶中，油浴加热到70℃，继续反应4个小时。反应结束后，将三口烧瓶中的混合液离心(离心条件为转速3000r/min，离心时间为30min)，将离心出的改性蒙脱土，分别用去离子水洗两遍，后用丙酮洗涤一遍(洗土的条件为取一定量的去离子水加入到改性土中，乳化5min，磁力搅拌5min)；
(3)将步骤(2)制备的有机改性蒙脱土置于N-甲基吡咯烷酮溶液中，磁力搅拌4个小时(转速为150r/min)，形成稳定的有机蒙脱土溶胀体系，静置备用；
(4)有机蒙脱土的膨化：取100g的有机蒙脱土的NMP溶胀体系，置于烧杯中，放入鼓风烘箱中，进行充分干燥，烘干工艺为60℃30min，80℃30min，100℃30min，120℃30min，140℃30min，180℃30min，210℃2h，然后放入马弗炉中烧结，烧结工艺为300℃30min，350℃30min，400℃30min，450℃等冒烟完毕，保持1h，600℃2h，700℃4h，用玛瑙研钵研磨2min，取出，标记为F309；
(5)石蜡负载率的测试。
实施例2：
(1)称取20g的T5000聚醚胺溶于200ml丙酮溶液中，按照倒入250ml三口烧瓶中，磁力搅拌30min，转速为150r/min，量取0.43g浓盐酸(盐酸与胺基摩尔比为1:1)溶于10ml去离子水中，滴加至三口烧瓶中，将三口烧瓶置于冰水混合物中，磁力搅拌4个小时，然后将制得的E51-T5000铵盐置于冰箱中冷藏；
(2)将4g钠基蒙脱土分散在400ml去离子水中，搅拌均匀后，室温下滴加200ml制备出的聚醚胺盐溶液，边滴加边搅拌，30分钟后，将体系倒入三口烧瓶中，油浴加热到70℃，继续反应4个小时。反应结束后，将三口烧瓶中的混合液离心(离心条件为转速3000r/min，离心时间为30min)，将离心出的改性蒙脱土，分别用去离子水洗两遍，后用丙酮洗涤一遍(洗土的条件为取一定量的去离子水加入到改性土中，乳化5min，磁力搅拌5min)；
(3)将步骤(2)制备的有机改性蒙脱土加入到20g环氧树脂中，机械搅拌4个小时(转速为150r/min)，形成稳定的T5000-E51溶胶体系，静置备用；
(4)有机蒙脱土的膨化：取100g的有机蒙脱土溶胶体系，置于烧杯中，放入鼓风烘箱中，进行充分干燥，烘干工艺为60℃30min，80℃30min，100℃30min，120℃30min，140℃30min，180℃30min，210℃2h，然后放入马弗炉中烧结，烧结工艺为300℃30min，350℃30min，400℃30min，450℃等冒烟完毕，保持1h，700℃2h，不研磨，取出，标记为F307-1；
(5)石蜡负载率的测试。
实施例3：
(1)称取20g的T5000聚醚胺溶于200ml丙酮溶液中，按照倒入250ml三口烧瓶中，磁力搅拌30min，转速为150r/min，量取0.43g浓盐酸(盐酸与胺基摩尔比为1：1)溶于10ml去离子水中，滴加至三口烧瓶中，将三口烧瓶置于冰水混合物中，磁力搅拌4个小时，然后将制得的E51-T5000铵盐置于冰箱中冷藏；
(2)将4g钠基蒙脱土分散在400ml去离子水中，搅拌均匀后，室温下滴加200ml制备出的聚醚胺盐溶液，边滴加边搅拌，30分钟后，将体系倒入三口烧瓶中，油浴加热到70℃，继续反应4个小时。反应结束后，将三口烧瓶中的混合液离心(离心条件为转速3000r/min，离心时间为30min)，将离心出的改性蒙脱土，分别用去离子水洗两遍，后用丙酮洗涤一遍(洗土的条件为取一定量的去离子水加入到改性土中，乳化5min，磁力搅拌5min)；
(3)将步骤(2)制备的有机改性蒙脱土加入到20g环氧树脂中，机械搅拌4个小时(转速为150r/min)，形成稳定的T5000-E51溶胶体系，静置备用；
(4)有机蒙脱土的膨化：取100g的有机蒙脱土溶胶体系，置于烧杯中，放入鼓风烘箱中，进行充分干燥，烘干工艺为60℃30min，80℃30min，100℃30min，120℃30min，140℃30min，180℃30min，210℃2h，然后放入马弗炉中烧结，烧结工艺为300℃30min，350℃30min，400℃30min，450℃等冒烟完毕，保持1h，700℃2h，研磨5min，取出，标记为F307-2；
(5)石蜡负载率的测试。
实施例4：
(1)称取20g的T5000聚醚胺溶于200ml丙酮溶液中，按照倒入250ml三口烧瓶中，磁力搅拌30min，转速为150r/min，量取0.43g浓盐酸(盐酸与胺基摩尔比为1:1)溶于10ml去离子水中，滴加至三口烧瓶中，将三口烧瓶置于冰水混合物中，磁力搅拌4个小时，然后将制得的E51-T5000铵盐置于冰箱中冷藏；
(2)将4g钠基蒙脱土分散在400ml去离子水中，搅拌均匀后，室温下滴加200ml制备出的聚醚胺盐溶液，边滴加边搅拌，30分钟后，将体系倒入三口烧瓶中，油浴加热到70℃，继续反应4个小时。反应结束后，将三口烧瓶中的混合液离心(离心条件为转速3000r/min，离心时间为30min)，将离心出的改性蒙脱土，分别用去离子水洗两遍，后用丙酮洗涤一遍(洗土的条件为取一定量的去离子水加入到改性土中，乳化5min，磁力搅拌5min)；
(3)将步骤(2)制备的有机改性蒙脱土加入到20g环氧树脂中，机械搅拌4个小时(转速为150r/min)，形成稳定的T5000-E51溶胶体系，静置备用；
(4)有机蒙脱土的膨化：取100g的有机蒙脱土溶胶体系，置于烧杯中，放入鼓风烘箱中，进行充分干燥，烘干工艺为60℃30min，80℃30min，100℃30min，120℃30min，140℃30min，180℃30min，210℃2h，然后放入马弗炉中烧结，烧结工艺为300℃30min，350℃30min，400℃30min，450℃等冒烟完毕，保持1h，700℃2h，研磨60min，取出，标记为F307-3；
(5)石蜡负载率的测试。
对比例1：
称取0.05g80目的膨胀石墨，做石蜡负载率测试，测其密度，标记为80-EG。
对比例2：
称取0.05g325目的膨胀石墨，做石蜡负载率测试，测其密度，标记为325-EG。
对比例3：
称取0.05g天然钠基蒙脱土，做石蜡负载率测试，测其密度，标记为Na-MMT。
对以上实施例和对比例样品进行石蜡负载率测试和密度测试，测试结果如下表所示：
结果表明，这种膨胀蒙脱土石蜡负载率和密度达到膨胀石墨标准，是一种有前景的相变材料载体。
Claims (8)
1.一种新型的相变材料载体，其特征在于，该相变材料载体为膨胀蒙脱土，石蜡负载率达到90.4wt％,和膨胀石墨负载率相当，密度达到0.12g/cm3，低于325目膨胀石墨密度(0.20g/cm3)。
2.根据权利要求1所述的一种相变材料载体，其特征在于，所述膨胀蒙脱土为T5000聚醚胺插层蒙脱土高温活化而成。
3.根据权利要求1所述的一种相变材料载体，其制备过程包括：
(1)称取20g的T5000聚醚胺溶于200ml丙酮溶液中，倒入250ml三口烧瓶中，磁力搅拌30min，转速为150r/min，量取0.43g浓盐酸(盐酸与胺基摩尔比为1:1)溶于10ml去离子水中，滴加至三口烧瓶中，将三口烧瓶置于冰水混合物中，磁力搅拌4个小时，然后将制得的铵盐置于冰箱中冷藏；
(2)将4g钠基蒙脱土分散在400ml去离子水中，搅拌均匀后，室温下滴加200ml制备出的聚醚胺盐溶液，边滴加边搅拌，30分钟后，将体系倒入三口烧瓶中，油浴加热到70℃，继续反应4个小时。反应结束后，将三口烧瓶中的混合液离心(离心条件为转速3000r/min，离心时间为30min)，将离心出的改性蒙脱土，分别用去离子水洗两遍，后用丙酮洗涤一遍(洗土的条件为取一定量的去离子水加入到改性土中，乳化5min，磁力搅拌5min)；
(3)将步骤(2)制备的有机改性蒙脱土置于N-甲基吡咯烷酮溶液中，磁力搅拌4个小时(转速为150r/min)，形成稳定的有机蒙脱土溶胀体系，静置备用；
(4)有机蒙脱土的膨化：取100g的有机蒙脱土的NMP溶胀体系，置于烧杯中，放入鼓风烘箱中，进行充分干燥，烘干工艺为60℃30min，80℃30min，100℃30min，120℃30min，140℃30min，180℃30min，210℃2h，然后放入马弗炉中烧结，烧结工艺为300℃30min，350℃30min，400℃30min，450℃等冒烟完毕，保持1h，600℃2h，700℃4h，用玛瑙研钵研磨2min，取出；
(5)石蜡负载率的测试。
4.根据权利要求3中所述的制备方法，其特征是在于，所用的聚醚胺盐为T5000聚醚胺。
5.根据权利要求3中所述的制备方法，其特征是在于，分散混合方式为磁力搅拌。
6.根据权利要求3中所述的制备方法，其特征是在于，采用N-甲基吡咯烷酮溶液作为有机蒙脱土的溶剂。
7.根据权利要求3中所述的制备方法，其特征是在于，烘干工艺为，60℃30min，80℃30min，100℃30min，120℃30min，140℃30min，180℃30min，210℃2h。
8.根据权利要求3中所述的制备方法，其特征是在于，烧结工艺为，300℃30min，350℃30min，400℃30min，450℃等冒烟完毕，保持1h，600℃2h，700℃4h。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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