CN111777991A - 一种低温相变材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温相变材料及其制备方法和应用，该低温相变材料的制备包括去离子水预处理、材料成核剂的添加、四丁基溴化铵浆体的制备、冷却结晶、晶体溶解。将制得的低温相变材料应用于空调系统及冷链物流，解决了空调系统在运行过程中效率不高的问题同时可作为冷链物流中的载冷剂，本发明制备简单，可广泛应用于相变储能领域，且制备步骤简单，操作方便，在空调系统及冷链物流中具有极大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种低温相变材料及其制备方法和应用。
背景技术
空调制冷在夏季高峰时占建筑能耗的85％。相变材料的冷量存储用于空调系统是解决夏季电网压力的有效途径。此外，在新能源中断期间，相变材料可为新能源冷却系统提供备份能源。在过去，因为水和冰浆的易得性常常在空调系统中作为冷量存储和传输介质。但是，水和冰浆都存在缺陷。其中，水蓄冷显热较低，需要的储罐容积大且泵消耗的电能较大。冰浆虽然有较大的潜热，但其蒸发温度降至0℃以下且存在过冷，严重降低了系统性能。有学者提出，对于传统空调，相变温度控制5-12℃的相变材料可应用于空调系统。为此，一些学者认为微胶囊与微乳液可作为新型材料用于空调系统。但是微乳液容易团聚和积沉，这就容易导致管道堵塞。微胶囊低导热系数的聚合物外壳会降低吸热和放热效率。另一方面，微胶囊容易破裂，其性能收到严重的限制。因此这些材料都不能在空调系统中实际应用。
为了克服以上新型材料的缺点，福岛等人率先提出了气体水合物作为空调系统的蓄冷PCM和传输介质。但是，由于大多数气体水合物的形成需要高的压力，这成为气体水合物作为冷藏材料产业化的障碍。Vahakis制备了二氧化碳水合物，在温度为0℃时，其形成所需的最小压力约为1.25MPa。鉴于此，四丁基溴化铵浆体必须借助外力来引发快速凝固，并由此减轻其过冷度。
因此，如何提供一种可在常压下制备的高性能低温相变材料是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种低温相材料的制备方法，以四丁基溴化铵，表面活化剂，蒸馏水作为原料，通过不同的表面活化剂作为成核剂在常压下制备低温相变材料。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：去离子水预处理
将去离子水煮沸形成蒸馏水，将蒸馏水密封静置自然降至室温；
步骤二：成核剂的添加
向步骤一制得的蒸馏水中添加表面活化剂作为成核剂，并搅拌均匀；
步骤三：四丁基溴化铵浆体的制备
向步骤二中加入成核剂的物料中加入四丁基溴化铵，形成四丁基溴化铵浆体；
步骤四：冷却结晶
将步骤三形成的四丁基溴化铵浆体放入装有乙二醇的低温恒温槽中冷却至晶体出现，得到冷却结晶的相变材料；
步骤五：后续处理
将冷却结晶的相变材料取出溶解，即得低温相变材料成品。
优选的，所述步骤一将去离子水煮沸20min,形成蒸馏水。
优选的，所述步骤二的表面活化剂为十二烷基苯磺酸钠、六偏磷酸钠中的一种两种任意比例混合。
优选的，所述步骤二中表面活化剂作为成核剂的加入量为四丁基溴化铵浆体的1wt％～3wt％。
优选的，所述步骤三的四丁基溴化铵的初始浓度为20wt％～40wt％。
优选的，所述步骤四中四丁基溴化铵的冷却条件为：在装有乙二醇的低温恒温槽中以1℃的冷却步长保持3h从12℃下降到2℃。
本发明还提供了一种采用如上技术方案制得的低温相变材料，所述低温相变材料的相变温度为3～11℃，平衡温度为6～10℃，过冷度为1～3℃。
本发明还提供了上述的低温相变材料的应用，即将其应用于空调系统及冷链物流。
经由上述技术方案，与现有技术相比，本发明提供了一种低温相变材料及其制备方法和应用，以四丁基溴化铵、表面活化剂、蒸馏水作为原料进在低温常压下制备得到用于空调系统及冷链物流的低温相变材料；低温相变材料可替代部分传统的载冷剂，不仅可有效提高空调的性能，还能降低空调使用过程中的成本且低温相变材料在冷链物流中可作为载冷剂具有较大的应用价值。该制备方案成本低，解决了空调系统在运行过程中效率不高的问题同时可作为冷链物流中的载冷剂，制备工艺简单，操作方便，可广泛应用于相变储能领域，在空调系统及冷链物流中具有极大的应用前景。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于空调系统及冷链物流的低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：去离子水预处理
将去离子水煮沸处理20min，去除里面的CO2等气体形成蒸馏水，裹上保鲜膜密封静置至室温；
步骤二：材料成核剂的添加
往室温的蒸馏水中添加十二烷基苯磺酸钠作为成核剂并搅拌均匀；
步骤三：四丁基溴化铵浆体的制备
加入质量分数为20％的四丁基溴化铵，形成四丁基溴化铵浆体，其中步骤(2)加入的十二烷基苯磺酸钠加入量为四丁基溴化铵浆体的1wt％；
步骤四：冷却结晶
步骤三形成的四丁基溴化铵浆体放入装有乙二醇为载冷剂的低温恒温槽中以1℃的冷却步长保持3h从12℃下降到2℃，直至晶体出现；
步骤五：后续处理
将冷却结晶的相变材料取出溶解，溶解后即得空调系统及冷链物流的低温相变材料成品。
利用本实施例所制得的低温相变材料，其相变温度为1.60℃，平衡温度为4.51℃，过冷度为2.91℃。
实施例2
一种用于空调系统及冷链物流的低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：去离子水预处理
将去离子水煮沸处理20min，去除里面的CO2等气体形成蒸馏水，裹上保鲜膜密封静置至室温；
步骤二：材料成核剂的添加
往室温的蒸馏水中添加六偏磷酸钠作为成核剂并搅拌均匀；
步骤三：四丁基溴化铵浆体的制备
加入质量分数为30％的四丁基溴化铵，形成四丁基溴化铵浆体，其中步骤(2)加入的六偏磷酸钠加入量为四丁基溴化铵浆体的1wt％；
步骤四：冷却结晶
步骤三形成的四丁基溴化铵浆体放入装有乙二醇为载冷剂的低温恒温槽中以1℃的冷却步长保持3h从12℃下降到2℃，直至晶体出现；
步骤五：后续处理
将冷却结晶的相变材料取出溶解，溶解后即得空调系统及冷链物流的低温相变材料成品。
利用本实施例所制得的低温相变材料，其相变温度为7.52℃,平衡温度为8.63℃，过冷度为1.11℃。
实施例3
一种用于空调系统及冷链物流的低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：去离子水预处理
将去离子水煮沸处理20min，去除里面的CO2等气体形成蒸馏水，裹上保鲜膜密封静置至室温；
步骤二：材料成核剂的添加
往室温的蒸馏水中添加十二烷基苯磺酸钠和六偏磷酸钠作为成核剂并搅拌均匀；
步骤三：四丁基溴化铵浆体的制备
加入质量分数为20％的四丁基溴化铵，形成四丁基溴化铵浆体，其中步骤(2)加入的十二烷基苯磺酸钠和六偏磷酸钠加入量为四丁基溴化铵浆体的1wt％；
步骤四：冷却结晶
步骤三形成的四丁基溴化铵浆体放入装有乙二醇为载冷剂的低温恒温槽中以1℃的冷却步长保持3h从12℃下降到2℃，直至晶体出现；
步骤五：后续处理
将冷却结晶的相变材料取出溶解，溶解后即得空调系统及冷链物流的低温相变材料成品。
利用本实施例所制得的低温相变材料，其相变温度为7.55℃,平衡温度为9.31℃，过冷度为1.76℃。
实施例4
一种用于空调系统及冷链物流的低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：去离子水预处理
将去离子水煮沸处理20min，去除里面的CO2等气体形成蒸馏水，裹上保鲜膜密封静置至室温；
步骤二：材料成核剂的添加
往室温的蒸馏水中添加十二烷基苯磺酸钠作为成核剂并搅拌均匀；
步骤三：四丁基溴化铵浆体的制备
加入质量分数为30％的四丁基溴化铵，形成四丁基溴化铵浆体，其中步骤(2)加入的十二烷基苯磺酸钠加入量为四丁基溴化铵浆体的2wt％；
步骤四：冷却结晶
步骤三形成的四丁基溴化铵浆体放入装有乙二醇为载冷剂的低温恒温槽中以1℃的冷却步长保持3h从12℃下降到2℃，直至晶体出现；
步骤五：后续处理
将冷却结晶的相变材料取出溶解，溶解后即得空调系统及冷链物流的低温相变材料成品。
利用本实施例所制得的低温相变材料，其相变温度为7.6℃,平衡温度为10.89℃，过冷度为3.29℃。
实施例5
一种用于空调系统及冷链物流的低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：去离子水预处理
将去离子水煮沸处理20min，去除里面的CO2等气体形成蒸馏水，裹上保鲜膜密封静置至室温；
步骤二：材料成核剂的添加
往室温的蒸馏水中添加六偏磷酸钠作为成核剂并搅拌均匀；
步骤三：四丁基溴化铵浆体的制备
加入质量分数为40％的四丁基溴化铵，形成四丁基溴化铵浆体，其中步骤(2)加入的六偏磷酸钠加入量为四丁基溴化铵浆体的3wt％；
步骤四：冷却结晶
步骤三形成的四丁基溴化铵浆体放入装有乙二醇为载冷剂的低温恒温槽中以1℃的冷却步长保持3h从12℃下降到2℃，直至晶体出现；
步骤五：后续处理
将冷却结晶的相变材料取出溶解，溶解后即得空调系统及冷链物流的低温相变材料成品。
利用本实施例所制得的低温相变材料，其相变温度为7.50℃,平衡温度为9.01℃，过冷度为1.51℃。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种低温相变材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：去离子水预处理
将去离子水煮沸形成蒸馏水，将蒸馏水密封静置自然降至室温；
步骤二：成核剂的添加
向步骤一制得的蒸馏水中添加表面活化剂作为成核剂，并搅拌均匀；
步骤三：四丁基溴化铵浆体的制备
向步骤二中加入成核剂的物料中加入四丁基溴化铵，形成四丁基溴化铵浆体；
步骤四：冷却结晶
将步骤三形成的四丁基溴化铵浆体放入装有乙二醇的低温恒温槽中冷却至晶体出现，得到冷却结晶的相变材料；
步骤五：后续处理
将冷却结晶的相变材料取出溶解，即得低温相变材料成品。
2.根据权利要求1所述的一种低温相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一将去离子水煮沸20min,形成蒸馏水。
3.根据权利要求1所述的一种低温相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二的表面活化剂为十二烷基苯磺酸钠、六偏磷酸钠中的一种两种任意比例混合。
4.根据权利要求1所述的一种低温相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中表面活化剂作为成核剂的加入量为四丁基溴化铵浆体的1wt％～3wt％。
5.根据权利要求1所述的一种低温相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三的四丁基溴化铵的初始浓度为20wt％～40wt％。
6.根据权利要求1所述的一种低温相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤四中四丁基溴化铵的冷却条件为：在装有乙二醇的低温恒温槽中以1℃的冷却步长保持3h从12℃下降到2℃。
7.一种权利要求1-6任一项所述的低温相变材料，其特征在于，所述低温相变材料的相变温度为3～11℃，平衡温度为6～10℃，过冷度为1～3℃。
8.一种低温相变材料在空调系统及冷链物流中的应用。
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