CN112391147A - 一种可用于低温储能的偶氮苯相变复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可用于低温储能的偶氮苯相变复合材料及制备方法，将4‑羟基偶氮苯作为功能基团接到烷基链上，利用分子间相似相溶和偶氮苯的顺反异构作用，实现光照条件下相变材料能量的储存与释放。并且由于相变材料的相变温度点较低，在低温条件下也可以进行相变储能，为发展一种新型可控低温储能材料提供了新思路。
Description
技术领域
本发明涉及一种可应用于低温储能领域的偶氮苯相变复合材料及制备方法，其在低温能量存储领域具有广泛的应用前景，属于功能材料领域。
背景技术
随着当今社会经济以及科学技术飞速发展，对现有能源的需求也越来越大，例如煤，石油，天然气等化石资源，然而这些资源是不能再生的，并且随着人类的开采日渐匮乏。因此，开发和利用洁净、高效的新能源材料已经刻不容缓。
相变材料是一种新型的储能材料。它是在一定的温度条件下通过固液相转变来进行热能的释放与存储。相变储能具有广泛的用途，能够改善能源转换过程的性能，方便高效的使用能量同时还能降低污染、保护环境。然而目前普通的相变材料只能通过温度的改变进行能量的释放是存储，同时在低温储能(即相变温度在℃以下)的研究也相对较少。因此在低温条件下能否可控的使得相变材料进行相变储能变得十分的重要。偶氮苯分子是一种具有顺反异构的有机分子。在光照，加热，压力等外界刺激下会发生顺反异构。反式结构在吸收紫外光能量后转变为亚稳态的顺式结构，而顺式结构在可见光照射或加热条件下又会回到反式结构将储存的能量释放出来。通过紫外光即可实现偶氮苯的顺反异构变化。顺式结构不稳定，与相变材料复合后能够降低相变材料的相变点，从而使得顺式偶氮苯复合材料与反式偶氮苯复合材料之间具有一个温差，在这个温差内用可见光进行照射即可使得相变材料放热。所以对偶氮苯分子进行适当的分子设计，提高顺式与反式偶氮苯复合相变材料的温差，改善其与相变材料的相容性是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，研究一种可用于低温可控储能的复合相变材料，制备一种使得低温相变材料具有光控性的偶氮苯分子以及低温复合相变材料的制备方法。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
一种可用于低温储能的偶氮苯相变复合材料，由以4-羟基偶氮苯作为功能基团键接到十五烷基链上形成的十五烷醚偶氮苯，与十五烷组成，两者混合均匀即可得到，其中：
十五烷醚偶氮苯和十五烷的摩尔比为1：(5—10)，优选1：(6—9)。
在实际中使用正己烷为共混溶剂，将十五烷醚偶氮苯均匀分散在正己烷中知溶解完全，加入十五烷进行搅拌，再进行加热以去除正己烷，得到低温偶氮苯相变复合材料。
而且，搅拌速度为每分钟100—200转，搅拌温度为室温20—30摄氏度，搅拌时间为1—10分钟，优选2—6分钟。
而且，加热温度为50℃—70℃，加热时间为4—6小时。
而且，十五烷的纯度大于99％，正己烷的纯度为GR。
一种可用于低温储能的偶氮苯相变复合材料的制备方法，按照下述步骤进行：如下化学式所示
(1)
(2)
步骤1，制备十五烷醚偶氮苯，将1-溴-十五烷和4-羟基偶氮苯进行反应，以得到十五烷醚偶氮苯，1-溴-十五烷和4-羟基偶氮苯的摩尔比为1：(1—2)；
在步骤1中，选择DMF为反应溶剂，优选浓超干DMF的纯度为水分小于100ppm。
在步骤1中，将1-溴-十五烷均匀分散在反应溶剂，在搅拌条件下向其中加入4-羟基偶氮苯和无水碳酸钾，升温至100—120摄氏度进行回流反应即可。
在步骤1中，回流反应时间为1—10小时，优选5—8小时。
在步骤1中，1-溴-十五烷和无水碳酸钾的摩尔比为1：(1—3)。
在步骤1中，待反应结束后，将反应溶液倒入0.5-1mol/L的氢氧化钠水溶液中，过滤沉淀，水洗3-5次，得到十五烷醚偶氮苯。
步骤2，将步骤1得到的十五烷醚偶氮苯，与十五烷混合均匀即可得到低温偶氮苯相变复合材料。
在步骤2中，十五烷醚偶氮苯和十五烷的摩尔比为1：(5—10)，优选1：(6—9)。
在步骤2中，使用正己烷为共混溶剂，将十五烷醚偶氮苯均匀分散在正己烷中知溶解完全，加入十五烷进行搅拌，再进行加热以去除正己烷，得到低温偶氮苯相变复合材料。
在步骤2中，搅拌速度为每分钟100—200转，搅拌温度为室温20—30摄氏度，搅拌时间为1—10分钟，优选2—6分钟。
在步骤2中，加热温度为50℃—70℃，加热时间为4—6小时。
在步骤2中，十五烷的纯度大于99％，正己烷的纯度为GR。
在本发明的技术方案中，将4-羟基偶氮苯作为功能基团接到烷基链上，利用分子间相似相溶和偶氮苯的顺反异构作用，实现光照条件下相变材料能量的储存与释放。并且由于相变材料的相变温度点较低，在低温条件下也可以进行相变储能，为发展一种新型可控低温储能材料提供了新思路。
附图说明
图1为本发明制备的十五烷醚偶氮苯的红外光谱谱线图。
图2为本发明的偶氮苯相变复合材料的紫外吸收光谱谱线图。
图3为本发明的偶氮苯相变复合材料的DSC(差式扫描量热)曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步阐述和说明。选择搅拌速度为每分钟150转，搅拌温度为室温20—30摄氏度。
实施例1
1)十五烷醚偶氮苯的制备：
①20mmol 1-溴-十五烷加入到70ml的超干DMF中。
②称取两当量的4-羟基偶氮苯(即两倍1-溴-十五烷摩尔量)，搅拌条件下将此缓慢加入到①的溶液中，完全溶解后，加入3当量无水碳酸钾(即三倍1-溴-十五烷摩尔量)。随后加热到120℃，回流反应6小时。
③反应结束后，将反应溶液倒入1mol/L的氢氧化钠水溶液中，过滤沉淀，水洗3-5次，得到十五烷醚偶氮苯
2)低温偶氮苯相变复合材料的制备：
①将20mmol的十五烷醚偶氮苯加入到玻璃培养皿中，加入10ml的正己烷溶解。完全溶解后称取9当量的十五烷(即九倍十五烷醚偶氮苯摩尔量)倒入，玻璃棒搅拌5分钟。
②将①的玻璃培养皿放置到热台上，70℃的条件下，加热4个小时，得到低温偶氮苯相变复合材料。
经测试，本发明制备的低温偶氮苯相变复合材料能量密度为40Wh/kg，顺式偶苯相变复合材料与反式复合材料的温差为2℃，为低温储能材料的广泛应用提供了新的方法。
实施例2
1)十五烷醚偶氮苯的制备：
①20mmol 1-溴-十五烷加入到70ml的超干DMF中。
②称取两当量的4-羟基偶氮苯(即两倍1-溴-十五烷摩尔量)，搅拌条件下将此缓慢加入到①的溶液中，完全溶解后，加入2当量无水碳酸钾(即两倍1-溴-十五烷摩尔量)。随后加热到100℃，回流反应10小时。
③反应结束后，将反应溶液倒入1mol/L的氢氧化钠水溶液中，过滤沉淀，水洗3-5次，得到十五烷醚偶氮苯
2)低温偶氮苯相变复合材料的制备：
③将20mmol的十五烷醚偶氮苯加入到玻璃培养皿中，加入10ml的正己烷溶解。完全溶解后称取7当量的十五烷(即七倍十五烷醚偶氮苯摩尔量)倒入，玻璃棒搅拌5分钟。
④将①的玻璃培养皿放置到热台上，50℃条件下，加热6个小时，得到低温偶氮苯相变复合材料。
经测试，本发明制备的低温偶氮苯相变复合材料能量密度为35Wh/kg，顺式偶苯相变复合材料与反式复合材料的温差为3℃，为低温储能材料的广泛应用提供了新的方法。
实施例3
1)十五烷醚偶氮苯的制备：
①20mmol 1-溴-十五烷加入到60ml的超干DMF中。
②称取两当量的4-羟基偶氮苯(即两倍1-溴-十五烷摩尔量)，搅拌条件下将此缓慢加入到①的溶液中，完全溶解后，加入2当量无水碳酸钾(即两倍1-溴-十五烷摩尔量)。随后加热到110℃，回流反应5小时。
③反应结束后，将反应溶液倒入1mol/L的氢氧化钠水溶液中，过滤沉淀，水洗3-5次，得到十五烷醚偶氮苯
2)低温偶氮苯相变复合材料的制备：
⑤将20mmol的十五烷醚偶氮苯加入到玻璃培养皿中，加入5-10ml的正己烷溶解。完全溶解后称取6当量的十五烷(即六倍十五烷醚偶氮苯摩尔量)倒入，玻璃棒搅拌4分钟。
⑥将①的玻璃培养皿放置到热台上，60℃的条件下，加热5个小时，得到低温偶氮苯相变复合材料。
经测试，本发明制备的低温偶氮苯相变复合材料能量密度为30Wh/kg，顺式偶苯相变复合材料与反式复合材料的温差为4℃，为低温储能材料的广泛应用提供了新的方法。
根据本发明内容进行工艺参数的调整，均可实现低温偶氮苯相变复合材料的制备，经测试表现出与本发明基本一致的性能。如附图1—3所示，利用本发明技术方案成功制备十五烷醚偶氮苯，在紫外光照射下会发生顺反异构，利用DSC(差热扫描量热)扫描出材料的放热峰，然后利用DSC软件将放热峰进行积分得到释放出的热量，然后除以质量，计算出相应的能量密度，并可以发现顺反异构之间的温度差，低温偶氮苯相变复合材料能量密度为30—40Wh/kg，顺式偶苯相变复合材料与反式复合材料的温差为2—4℃，为低温储能材料(0—10摄氏度)的广泛应用提供了新的方法。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可用于低温储能的偶氮苯相变复合材料，其特征在于，由以4-羟基偶氮苯作为功能基团键接到十五烷基链上形成的十五烷醚偶氮苯，与十五烷组成，十五烷醚偶氮苯和十五烷的摩尔比为1：(5—10)。
2.根据权利要求1所述的一种可用于低温储能的偶氮苯相变复合材料，其特征在于，十五烷醚偶氮苯和十五烷的摩尔比为1：(6—9)。
3.根据权利要求1或者2所述的一种可用于低温储能的偶氮苯相变复合材料，其特征在于，使用正己烷为共混溶剂，将十五烷醚偶氮苯均匀分散在正己烷中知溶解完全，加入十五烷进行搅拌，再进行加热以去除正己烷，得到低温偶氮苯相变复合材料。
4.根据权利要求3所述的一种可用于低温储能的偶氮苯相变复合材料，其特征在于，搅拌速度为每分钟100—200转，搅拌温度为室温20—30摄氏度，搅拌时间为1—10分钟，优选2—6分钟。
5.根据权利要求3所述的一种可用于低温储能的偶氮苯相变复合材料，其特征在于，加热温度为50℃—70℃，加热时间为4—6小时；十五烷的纯度大于99％，正己烷的纯度为GR。
6.一种可用于低温储能的偶氮苯相变复合材料的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
步骤1，制备十五烷醚偶氮苯，将1-溴-十五烷和4-羟基偶氮苯进行反应，以得到十五烷醚偶氮苯，1-溴-十五烷和4-羟基偶氮苯的摩尔比为1：(1—2)；
步骤2，将步骤1得到的十五烷醚偶氮苯，与十五烷混合均匀即可得到低温偶氮苯相变复合材料；十五烷醚偶氮苯和十五烷的摩尔比为1：(5—10)。
7.根据权利要求6所述的一种可用于低温储能的偶氮苯相变复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤1中，将1-溴-十五烷均匀分散在反应溶剂，在搅拌条件下向其中加入4-羟基偶氮苯和无水碳酸钾，升温至100—120摄氏度进行回流反应即可；回流反应时间为1—10小时，优选5—8小时；1-溴-十五烷和无水碳酸钾的摩尔比为1：(1—3)。
8.根据权利要求6所述的一种可用于低温储能的偶氮苯相变复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤2中，十五烷醚偶氮苯和十五烷的摩尔比为1：(6—9)。
9.根据权利要求6—8之一所述的一种可用于低温储能的偶氮苯相变复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤2中，使用正己烷为共混溶剂，将十五烷醚偶氮苯均匀分散在正己烷中知溶解完全，加入十五烷进行搅拌，再进行加热以去除正己烷，得到低温偶氮苯相变复合材料；搅拌速度为每分钟100—200转，搅拌温度为室温20—30摄氏度，搅拌时间为1—10分钟，优选2—6分钟；加热温度为50℃—70℃，加热时间为4—6小时。
10.如权利要求1或者2所述的一种可用于低温储能的偶氮苯相变复合材料在制备低温储能材料中的应用，其特征在于，能量密度为30—40Wh/kg，顺式偶苯相变复合材料与反式复合材料的温差为2—4℃。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117551427A (zh) * | 2024-01-12 | 2024-02-13 | 天津大学 | 一种超低温偶氮光热相变储能材料及其制备方法和应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070264213A1 (en) * | 2006-05-11 | 2007-11-15 | Riken | Azobenzene derivative, fluorescent particle and method of fabricating the same |
| CN104496844A (zh) * | 2014-11-25 | 2015-04-08 | 江南大学 | 一种烷基氧偶氮苯光敏泡沫控制剂的制备方法 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070264213A1 (en) * | 2006-05-11 | 2007-11-15 | Riken | Azobenzene derivative, fluorescent particle and method of fabricating the same |
| CN104496844A (zh) * | 2014-11-25 | 2015-04-08 | 江南大学 | 一种烷基氧偶氮苯光敏泡沫控制剂的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GRACE G.D.HAN ETC: "Optically-controlled long-term storage and release of thermal energy in phase-change materials", 《NATURE COMMUNICATIONS》 * |
| 李妙葵 等: "《大学有机化学实验》", 30 September 2006, 复旦大学出版社 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117551427A (zh) * | 2024-01-12 | 2024-02-13 | 天津大学 | 一种超低温偶氮光热相变储能材料及其制备方法和应用 |
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