CN111234783A - 一种生物炭-石蜡相变储热材料及制备方法 - Google Patents

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霍原非
傅渭杰
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黄谦
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Abstract

本发明涉及相变储热材料领域，具体为一种生物炭‑石蜡相变储热材料及制备方法。将剪碎后的秸秆在充满氮气的管式炉内以1～3℃/分钟的速度升温至800℃±20℃，保温1～3小时，使秸秆裂解为生物炭材料，再将生物炭材料置于400～600℃的热空气气氛中进行8～12分钟的表面氧化处理；将石蜡块放入模具的模腔内，加入表面氧化后的生物炭材料，再将模具加热至70～90℃，进行充分搅拌，使模腔内的石蜡块融化并与生物炭材料混合均匀，自然冷却固化制得相变储热材料。按质量百分比计，生物炭占10～20％，石蜡占80～90％。本发明生物炭‑石蜡相变储热材料有效地提高了材料的热传递效率，稳定了材料在相变过程中的体积变化，降低了材料的制造成本。

Description

一种生物炭-石蜡相变储热材料及制备方法
技术领域
本发明涉及相变储热材料领域，具体为一种生物炭-石蜡相变储热材料及制备方法。
背景技术
我国作为农业大国，每年夏收和秋冬之际，总有大量的小麦、玉米、水稻等农作物秸秆废弃。这些废弃的农作物秸秆在田间焚烧，产生了大量的浓烟，这不仅成为农村环境保护的瓶颈问题，甚至成为殃及城市环境的罪魁祸首。而农作物秸秆属于农业生态系统中一种十分宝贵的生物质能资源。农作物资源的利用对于促进环境保护、资源节约以及农业经济可持续发展意义重大。
与此同时，由于煤、石油等不可再生能源的短缺使工业、农业以及经济的发展受到了极大的制约。一些余热、废热的利用便成了解决能源短缺的重要途径。利用相变储热材料的相变潜热储存能量便是其中一种。相变储热材料能够在相对稳定的温度区间内发生相变，进而引起热量的吸收和释放以此向周围的环境释放热量，从而达到控制周围环境温度和节能减排的目的。相变储热材料的储热密度较高，能够解决能量供求在时间与空间上分配不平衡的矛盾。新型相变储热材料的开发和利用更是迎合了我国在工业领域节能减排和体能增效，在民生领域减少雾霾和保护环境的迫切需求。
目前，常用的以石蜡为主要介质的有机相变储热材料其导热系数小，储能密度较小，并且在固-液相变过程中外形改变明显，制约了其在相变储热方面的应用。传统的石蜡相变储热材料往往需要添加高导热率的材料(如：铜粉、铝粉等)来降低其与环境之间的热阻，提高其对于温度的响应效率，进而导致材料的生产成本大幅提升、安全性降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物炭-石蜡相变储热材料及制备方法，利用秸秆裂解制备的生物炭材料作为导热材料制备相变储热材料，该储热材料相变潜热高、导热性能较好，储热性能稳定，发生固-液相变时形状可以保持不变。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种生物炭-石蜡相变储热材料，该相变储热材料利用废弃秸秆裂解制备的生物炭材料和石蜡混合而成，按质量百分比计，生物炭占10～20％，石蜡占80～90％。
所述的生物炭-石蜡相变储热材料，优选的，按质量百分比计，生物炭占15％，石蜡占85％。
所述的生物炭-石蜡相变储热材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将回收的废弃农作物秸秆剪碎至颗粒大小为0.5～5mm；
(2)将剪碎后的秸秆在充满氮气的管式炉内以1～3℃/分钟的速度升温至800℃±20℃，保温1～3小时，使秸秆裂解为生物炭材料，再将生物炭材料置于400～600℃的热空气气氛中进行8～12分钟的表面氧化处理；
(3)将石蜡块放入模具的模腔内，加入表面氧化后的生物炭材料，再将模具加热至70～90℃，进行充分搅拌，使模腔内的石蜡块融化并与生物炭材料混合均匀，自然冷却固化制得相变储热材料。
本发明的设计思想是：
本发明利用秸秆裂解制备的生物炭材料作为导热材料，通过共混法制备出了一种生物炭-石蜡相变储热材料，有效地提高了材料的热传递效率，稳定了石蜡在相变过程中的体积变化，降低了材料的制造成本。
本发明的优点及有益效果是：
(1)本发明制备的储热材料导热性能更高，吸热放热迅速，同时在相变时外形基本保持不变。
(2)本发明充分利用了农村废弃的农作物秸秆，为秸秆的综合利用提供了新的途径，并且有效地降低了材料的成本。
(3)本发明利用秸秆裂解制备的生物炭材料的导电、导热性能好，自润滑性好、耐高温、耐氧化，同时具有较大的比表面积和较高的表面活性。
(4)本发明采用气相氧化法对生物炭材料进行表面氧化处理，增加了生物炭材料的比表面积和表面粗糙度，显著提高了生物炭材料的综合力学性能。
具体实施方式
下面，通过实施例对本发明的实施方式作进一步的说明。
实施例1
本实施例中，生物炭-石蜡相变储热材料及制备方法如下：
(1)将回收的废弃农作物秸秆剪碎至颗粒大小为3mm。
(2)将剪碎后的秸秆在充满氮气的管式炉内以2℃/分钟的速度升温至800℃，保温2小时，使秸秆裂解为生物炭材料，再将生物炭材料置于500℃的热空气气氛中进行10分钟的表面氧化处理。
(3)取85g熔点为60℃的石蜡块放入模具的模腔内，称取15g的生物炭加入模腔，再将模具加热至80℃，进行充分搅拌，使模腔内的石蜡块融化并与生物炭材料混合均匀，自然冷却固化制得相变储热材料。
该储热材料相变潜热高、导热性能较好，储热性能稳定，发生固-液相变时形状可以保持不变。
实施例2
本实施例中，生物炭-石蜡相变储热材料及制备方法如下：
(1)将回收的废弃农作物秸秆剪碎至颗粒大小为5mm。
(2)将剪碎后的秸秆在充满氮气的管式炉内以3℃/分钟的速度升温至820℃，保温1小时，使秸秆裂解为生物炭材料，再将生物炭材料置于600℃的热空气气氛中进行8分钟的表面氧化处理。
(3)取88g熔点为60℃的石蜡块放入模具的模腔内，称取12g的生物炭，再将模具加热至85℃，进行充分搅拌，使模腔内的石蜡块融化并与生物炭材料混合均匀，自然冷却固化制得相变储热材料。
该储热材料相变潜热高、导热性能较好，储热性能稳定，发生固-液相变时形状可以保持不变。
实施例3
本实施例中，生物炭-石蜡相变储热材料及制备方法如下：
(1)将回收的废弃农作物秸秆剪碎至颗粒大小为1mm。
(2)将剪碎后的秸秆在充满氮气的管式炉内以1℃/分钟的速度升温至780℃，保温3小时，使秸秆裂解为生物炭材料，再将生物炭材料置于400℃的热空气气氛中进行12分钟的表面氧化处理。
(3)取82g熔点为60℃的石蜡块放入模具的模腔内，称取18g的生物炭，再将模具加热至75℃，进行充分搅拌，使模腔内的石蜡块融化并与生物炭材料混合均匀，自然冷却固化制得相变储热材料。
该储热材料相变潜热高、导热性能较好，储热性能稳定，发生固-液相变时形状可以保持不变。

Claims (3)

1.一种生物炭-石蜡相变储热材料，其特征在于，该相变储热材料利用废弃秸秆裂解制备的生物炭材料和石蜡混合而成，按质量百分比计，生物炭占10～20％，石蜡占80～90％。
2.按照权利要求1所述的生物炭-石蜡相变储热材料，其特征在于，优选的，按质量百分比计，生物炭占15％，石蜡占85％。
3.一种权利要求1至2之一所述的生物炭-石蜡相变储热材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将回收的废弃农作物秸秆剪碎至颗粒大小为0.5～5mm；
(2)将剪碎后的秸秆在充满氮气的管式炉内以1～3℃/分钟的速度升温至800℃±20℃，保温1～3小时，使秸秆裂解为生物炭材料，再将生物炭材料置于400～600℃的热空气气氛中进行8～12分钟的表面氧化处理；
(3)将石蜡块放入模具的模腔内，加入氧化处理后的生物炭材料，将模具加热至70～90℃，再进行充分搅拌，使模腔内的石蜡块融化并与生物炭材料混合均匀，自然冷却固化制得相变储热材料。
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