CN112680196A

CN112680196A - 一种碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料及其制备方法

Info

Publication number: CN112680196A
Application number: CN202011632789.4A
Authority: CN
Inventors: 袁浩然; 李德念; 阳济章; 陈勇
Original assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS; Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory Guangzhou
Current assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS; Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory Guangzhou
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-04-20

Abstract

本发明公开了一种碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料及其制备方法。本发明通过将碳酸盐与粉煤灰混合后高温煅烧，再经水洗处理得到碳酸盐改性粉煤灰；再将碳酸盐改性粉煤灰与有机相变材料混合，真空加热至有机相变材料熔融，浸渍，得到碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料。本发明提供的复合相变材料负载相变材料量大，热稳定性高，产物形状稳定，导热率高，不易泄露，具有良好的储能性能。

Description

一种碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料及其制备方法。

背景技术

随着社会及经济的快速发展和人口的增长，人类面临日益凸显的全球化能源危机和温室效应。为了缓解这些压力，避免对传统能源的过度依赖，必须加大对生产生活中能量的储存、利用与开发。在研究的过程当中，相变材料引起了人们的极大研究兴趣。

相变材料，是一种具有在特定温度下熔化和凝固过程中储存和释放大量能量的能力的材料。热能储存不仅减少了能源供需之间的不匹配，而且提高了能源系统的性能和可靠性，在节约能源方面发挥着重要作用。根据相变材料的不同，可将相变材料分为有机相变材料和无机相变材料。有机相变材料的优点是相变温度点范围广、热值高、不存在过冷现象、化学稳定性好、可循环性好、与其他材料的相容性好；缺点是导热系数低、相变中体积变化相对较大、易燃。无机相变材料的优点是热值高、导热系数较高、相变过程中体积变化较小、成本低；缺点是大部分存在过冷现象、具有一定的腐蚀性。因此，合理的利用相变材料的优点，弥补它的不足，使相变材料在能源方面发挥着越来越重要的作用。目前，相变材料在建筑、智能纺织品、余热回收、空调系统、电子/电池热管理、太阳能转换等领域有着巨大的应用潜力。

在目前的能源体系当中，煤作为化石燃料，仍有着非常广泛的应用。其中，粉煤灰就是燃煤电厂在煤燃烧后收集下来的废弃物，主要成分为SiO₂、Al₂O₃和CaO等。粉煤灰长期以来主要用于建材制品、道路工程、大坝工程等。近年来由于建材市场萎缩，粉煤灰的综合利用率也明显下降。若是随意堆放或排放，不仅占用本就并不丰富的土地资源，而且还会对大气或水造成污染，进一步会对人体和其它生物造成危害。因此开发利用粉煤灰的新途径显得尤为重要。

粉煤灰中含有少量具有交换特性的微粒，使其具有一定物理吸附和化学吸附性能，对有机物具有一定的吸附能力。但粉煤灰微观结构为实心的微球颗粒，对有机物的吸附依赖于表面张力，吸附量低，对相变材料直接利用价值有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种具备良好的储热性能的碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料及其制备方法。

本发明通过选择特定的工艺条件，碳酸盐刻蚀粉煤灰表面的SiO₂，使其表面变粗糙度增加，这种均匀连续孔隙结构不仅提高了比表面积，并且在与相变材料复合时可作为微容器，它对于相变材料有很强的毛细管作用力，增加了对相变材料的作用力，提高了相变材料的吸附位点(图1)，增大了吸附量，提升了复合相变材料的热稳定性。

本发明的碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：

a.按质量比1:0.2～1:0.4取粉煤灰与碳酸盐，研磨混合，所得混合物于850℃煅烧5小时，随后冷却，固体产物经水洗涤、干燥后得到碳酸盐改性粉煤灰；

b.按质量比4:1称取碳酸盐改性粉煤灰与有机相变材料，搅拌混合，所得混合物真空加热至所述的有机相变材料熔融，并在80℃下浸渍24小时，随后冷却，得到碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料。

优选，所述的碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾。

优选，所述的粉煤灰为I级粉煤灰，粒径为500μm。

优选，所述的有机相变材料为月桂酸。

本发明还提供根据所述的制备方法制备得到的碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料。

本发明还提供所述的碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料在作为相变储能材料中的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

1.本发明以有机相变材料为储能芯材，选用粉煤灰为载体材料，通过碳酸盐改性的方法，扩大了粉煤灰的比表面积和孔隙容量，增强其吸附性能。与改性粉煤灰复合后，不仅解决了材料相变时的泄露问题、提高了材料的导热性能、延长了相变储能材料的使用寿命，而且提高了粉煤灰的综合使用效率，降低了相变储能材料的制备成本。

2.通过与改性粉煤灰复合后，相变温度有所降低，弥补了单一相变材料的相变温度单一、偏高的缺陷，拓宽了相变储能材料的适用范围。

3.该制备方法所需原材料在市面上均可直接购买，价格低廉，制备方法简便高效，而且储热性能良好，不易泄漏，能满足低温储能的实际需求，具有极强的实用性。

附图说明

图1是对比例1或实施例1、2的粉煤灰基复合相变储能材料的流程图。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

以下实施例中所用的粉煤灰为I级粉煤灰，粒径为500μm的粉煤灰微粉，

对比例1：未改性粉煤灰的复合相变材料

制备流程如图1中右侧线路图所示。

将未改性粉煤灰与月桂酸按质量比9:1称重，然后机械搅拌混合，所得混合物真空加热至月桂酸熔融，并在80℃下浸渍24时，随后冷却至室温即得到基于未改性粉煤灰的复合相变材料，将该材料研磨粉碎成粉末，记为样品1。

实施例1：碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料

制备流程如图1中左侧线路图所示。

1.碳酸盐改性粉煤灰

1)粉煤灰与碳酸钠按质量比1:0.2称重，备用；

2)将碳酸钠与粉煤灰机械研磨混合，所得混合物于马弗炉中850℃煅烧5小时，随后冷却至室温，固体产物经水洗涤、干燥即得到碳酸盐改性粉煤灰。

2.月桂酸/改性粉煤灰复合相变材料

将上述制备的碳酸盐改性粉煤灰与月桂酸按质量比4:1称重，然后机械搅拌混合，所得混合物真空加热至月桂酸熔融，并在80℃下浸渍24小时，随后冷却至室温即得到碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料。将该材料研磨粉碎成粉末，记为样品2。

实施例2：碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料

制备流程如图1中左侧线路图所示。

1.碳酸盐改性粉煤灰

1)粉煤灰与碳酸钠按质量比1:0.4称重，备用；

2.月桂酸/改性粉煤灰复合相变材料

将上述制备的碳酸盐改性粉煤灰与月桂酸按质量比4:1称重，然后机械搅拌混合，所得混合物真空加热至月桂酸熔融，并在80℃下浸渍24小时，随后冷却至室温即得到基于碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料。将该材料研磨粉碎成粉末，记为样品3。

样品的测试

对样品1、样品2、样品3的相变储热能力、储热稳定性进行测试分析，分别测得其相变温度。对样品1、样品2、样品3进行1500次储/放热循环实验，并测定多次循环后复合材料的储热性能的变化。

样品测试结果如表1所示，表1中复合相变材料LA/FA、LA/0.2mFA、LA/0.4mFA依次对应为样品1、样品2、样品3。样品2和样品3中加入改性粉煤灰后，相变储能材料的相变温度基本保持不变，相变潜热值有所提升，碳酸盐刻蚀粉煤灰表面的SiO₂，使其表面变粗糙度增加，这种均匀连续孔隙结构不仅提高了比表面积，并且在与相变材料复合时可作为微容器，它对于相变材料有很强的毛细管作用力，增加了对相变材料的作用力，提高了相变材料的吸附位点，增大了吸附量，提升了复合相变材料的热稳定性。

表1粉煤灰基复合相变储能材料的储热性能表征

Claims

1.一种碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.按质量比1:0.2～1:0.4称取粉煤灰与碳酸盐，研磨混合，所得混合物于850℃煅烧5小时，随后冷却，固体产物经水洗涤、干燥后得到碳酸盐改性粉煤灰；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的粉煤灰为I级粉煤灰，粒径为500μm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的有机相变材料为月桂酸。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到的碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料。

6.权利要求5所述的碳酸盐改性粉煤灰复合相变材料在作为相变储能材料中的应用。