CN110358504A - 一种木质基功能型磁热复合相变储热材料的制备方法 - Google Patents

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宋伟杉
陈瑶
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Abstract

本发明提供了一种木质基功能型磁热复合相变储热材料的制备方法，以脱除部分半纤维素和木质素的杨木纤维作为基体，采用水热法将磁性Fe3O4颗粒锚固到杨木纤维基体表面，并利用真空浸渍法将相变材料浸渍到杨木纤维基体中。本方法通过对杨木进行脱半纤维素和木质素处理，释放部分活性羟基，扩大杨木纤维的孔道结构，提高了杨木纤维基体对磁性Fe3O4颗粒的锚固能力与对相变材料的容纳能力，为相变材料的提供一种新型的来源广、价格低、加工简单、安全环保、应用范围广的绿色封装材料，并且利用磁性Fe3O4颗粒的磁热效应实现磁—热转化，实现复合相变储热材料的功能强化，为磁热利用开发了新的方向。

Description

一种木质基功能型磁热复合相变储热材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种木质基功能型磁热复合相变储热材料的制备方法，属于太阳能热量存储及复合相变储热材料制备方面的技术领域。
背景技术
木质基复合相变储热材料是指以宏观木材实体(多为锯材)为基体材料，利用木材特有的孔隙结构以及木材主要成分纤维素、半纤维素和木质素的化学反应活性，通过物理及化学手段，保留木材实体结构的同时赋予其储放热特性的一种新型生物质基复合相变储热材料。
木质基复合相变储热材料在建筑节能领域具有广阔的应用前景。目前，相变储热材料功能性单一，大多数以单纯从外界环境吸收热量为主，受环境的影响大，导热性和稳定性差，不易控制，制约了其在生产实践中的应用，强化复合相变储热材料功能，使其具备磁热能力，以适应建筑节能领域中太阳能有效存储及利用的需求。
木材的主要构成成分是纤维素、半纤维素和木质素。纤维素赋予木材拉伸强度，构成了木材的基本骨架结构，半纤维素和木质素作为基体物质填充在纤维素骨架中，将纤维素组成的纤丝黏接在一起。如果利用化学手段将木材中一部分半纤维素和木质素脱除，可以获得具有三维多孔结构的纤维素基体。对杨木进行脱木素、半纤维素处理，释放部分活性羟基，扩大了杨木纤维的孔道结构，从而提高了杨木纤维基体表面对磁性Fe3O4颗粒的锚固能力以及杨木纤维基体对相变储热材料PEG6000的容纳能力，可以有效完成功能强化，使复合相变储热材料具备磁热功能，实现生物基相变复合储热材料的功能化高效利用。
发明内容
本发明的目的旨在针对现有复合相变储热稳定性差、导热系数低、功能单一的弊端，提供一种木质基功能型磁热复合相变储热材料的制备方法。该制备方法工艺简便、易于控制、能耗低，提高了生物质基相变复合相变储热材料的应用潜力。本发明所采用的技术方案为：一种木质基功能型磁热复合相变储热材料的制备方法，其具体步骤如下：
(1)取一定质量的杨木，首先用丙酮和去离子水清洗数次，过滤后置于鼓风干燥箱中在103±2℃温度下干燥24小时，以消除杂质。
(2)称取适量NaOH与Na2SO3溶于去离子水中配置混合溶液备用，混合溶液中NaOH与Na2SO3的物质的量浓度分别为2.5mol/L和0.4mol/L，将杨木浸入上述混合溶液中蒸煮一段时间，洗涤数次，干燥获得改性杨木。
(3)将不同质量比的磁性纳米Fe3O4颗粒与油酸钠置于去离子水中，形成稳定的分散液。
(4)将一定质量的改性杨木加入到上述分散液中，利用水热反应釜，控制温度130℃进行压力浸注6 h。反应结束，洗涤干燥获得磁性杨木。
(5)将磁性杨木放入熔融PEG6000中，放入真空干燥箱中，完成饱和真空浸渍，将样品冷却至室温，获得木质基功能型磁热复合相变储热材料。
优选地，在步骤(1)中，杨木是杨木木粉。
优选地，所述步骤(1)中，杨木是杨木块状。
优选地，在步骤(2)中，配置的混合溶液体积应为待处理的杨木体积的10-20倍，用混合溶液蒸煮的时间为6-10h。
优选地，在步骤(3)中，磁性纳米Fe3O4颗粒与油酸钠的质量比为1:1～5:1，磁性纳米Fe3O4颗粒的质量为1～6g。
优选地，在步骤(5)中，熔融PEG6000相变材料与磁性杨木的质量比为5:1～10:1，真空干燥箱的真空度为0.1MPa，浸渍温度为70～90℃，时间为6～12h。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：
1、相较于生物质基复合相变储热材料，功能型磁热复合相变储热材料可控能力强，相变潜热高，高温稳定性好，受环境影响小，有利于其在建筑节能领域的推广与利用。
2、该制备方法流程简单，工艺简便，易于控制，能耗低，以脱除部分半纤维素和木质素的杨木纤维作为基体，采用水热法将磁性Fe3O4颗粒锚固到杨木纤维基体表面，并利用真空浸渍法将相变材料浸渍到杨木纤维基体中。本方法通过对杨木进行脱半纤维素和木质素处理，释放部分活性羟基，扩大杨木纤维的孔道结构，提高了杨木纤维基体对磁性Fe3O4颗粒的锚固能力与对相变材料的容纳能力，有着良好的发展前景和进一步深入拓展研究的价值。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下面结合具体实施事例，对本发明进行详细说明：
实施例1
(1)取60g杨木木粉，首先用丙酮和去离子水清洗数次，过滤后置于鼓风干燥箱中在103±2℃温度下干燥24小时，以消除杂质。
(2)称取40gNaOH与20.16gNa2SO3溶于400mL去离子水中配置混合溶液,将杨木木粉浸入上述混合溶液中蒸煮8h，抽滤洗涤数次，干燥获得改性杨木木粉。
(3)将质量为3g的磁性纳米Fe3O4颗粒与质量为1g的油酸钠溶于50mL去离子水中，形成稳定的分散液，
(4)将30g改性杨木木粉加入到上述磁性微粒悬浮液中，利用水热反应釜，控制温度130℃进行压力浸注6h。反应结束，洗涤干燥获得磁性杨木木粉。
(5)将质量为100g的熔融PEG6000相变材料与20g磁性杨木木粉混合均匀，放入真空干燥箱中进行真空浸渍12h，温度设置为70℃，完成饱和真空浸渍。将样品冷却至室温，并将样本进行压片，获得功能型磁热复合相变储热材料。
实施例2
(1)取尺寸为40mm×40mm×4mm的杨木木块，首先用丙酮和去离子水清洗数次，过滤后置于鼓风干燥箱中在103±2℃温度下干燥24小时，以消除杂质。
(2)称取80g NaOH与40.32g Na2SO3溶于800mL去离子水中配置混合溶液,将杨木木块浸入上述混合溶液中蒸煮10h，洗涤数次，干燥获得改性杨木木块。
(3)将质量为50g的磁性纳米Fe3O4颗粒与质量为10g的油酸钠置于500mL去离子水中，形成稳定的分散液。
(4)将改性杨木木块加入到上述磁性微粒悬浮液中，利用水热反应釜，控制温度130℃进行压力浸注 8h。反应结束，洗涤干燥获得磁性杨木木块。
(5)将磁性杨木木块浸入到熔融PEG6000相变材料中，放入真空干燥箱中进行真空浸渍12h，温度设置为70℃，完成饱和真空浸渍，将样品冷却至室温，获得木质基功能型磁热复合相变储热材料。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种木质基功能型磁热复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，包括如下几个步骤：
(1)取一定质量的杨木，首先用丙酮和去离子水清洗数次，过滤后置于鼓风干燥箱中在103±2℃温度下干燥24小时，以消除杂质；
(2)称取适量NaOH与Na2SO3溶于去离子水中配置混合溶液备用，混合溶液中NaOH与Na2SO3的物质的量浓度分别为2.5mol/L和0.4mol/L，将杨木浸入上述混合溶液中蒸煮一段时间，洗涤数次，干燥获得改性杨木；
(3)将不同质量比的磁性纳米Fe3O4颗粒与油酸钠置于去离子水中，形成稳定的磁性纳米Fe3O4颗粒分散液；
(4)将一定质量的改性杨木加入到上述分散液中，利用水热反应釜，控制温度130℃进行压力浸注6h，反应结束，洗涤干燥获得磁性杨木；
(5)将熔融PEG6000相变材料与磁性杨木混合，放入真空干燥箱中，温度设置为25～90℃，完成真空浸渍，将样品冷却至室温获得功能型磁热复合相变储热材料。
2.根据权利要求1所述的一种木质基功能型磁热复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，杨木是杨木木粉。
3.根据权利要求1所述的一种木质基功能型磁热复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，杨木是杨木块状。
4.根据权利要求1所述的一种木质基功能型磁热复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，配置的混合溶液体积应为待处理的杨木体积的10-20倍，用混合溶液蒸煮的时间为6-10h。
5.根据权利要求1所述的一种木质基功能型磁热复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，磁性纳米Fe3O4颗粒与油酸钠的质量比为1:1～5:1。
6.根据权利要求1所述的一种木质基功能型磁热复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，熔融PEG6000相变材料与磁性杨木的质量比为5:1～10:1，真空干燥箱的真空度为0.1MPa，浸渍温度为70～90℃，浸渍时间为6～12h。
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