CN113943553A - 一种储热材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储热材料的制备方法，分步骤将固体石蜡、液体石蜡、十六胺和纳米氮化铝混合，制备中要控制温度和压强等条件，最后进行封装。该储热材料相变温度宽，具有较低的熔点和较高的潜热，导热性好，成本低，不容易泄露。
Description
技术领域
本发明涉及储热领域，具体是涉及一种储热材料的制备方法。
背景技术
随着化石燃料资源的快速消耗和全球能源需求的不断增长，能源危机日趋严重，而热能存储是回收利用热能、提高能源利用效率的一种有效途径。潜热蓄热材料通常被称为相变材料，在发生相状态转变的过程中进行吸收或释放大量能量，在环境需要时将热量释放出来，从而有效控制环境温度，具有高潜热和热稳定性好等优点，在储能技术领域有较好的应用前景。
有机相变材料主要有石蜡、酯、多元醇、脂肪酸和高分子聚合物等，其中石蜡具有性能稳定、固体成型较好、腐蚀性较小、储热率高、来源广泛、无污染等优点，是一种较为理想的有机相变储热材料，但是单一的石蜡有液相流动易泄漏、传热慢等缺点。另外，由于工业级石蜡熔点较高、热传导性较差，在一定程度上制约了石蜡在储热方面的应用。如何通过对石蜡的改性，调整其熔点和相变温度，保留并提升材料的潜热值并降低成本，同时满足建筑上对相变材料快速热传导的需求及支撑力度要求，是目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种储热材料，该储热材料相变温度宽，具有较低的熔点和较高的潜热，导热性好，成本低，不容易泄露。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种储热材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将固体石蜡加热至60~80℃熔化，然后加入液体石蜡并搅拌混合，得到熔点为25~40℃的二元相变材料，所述液体石蜡占所述二元相变材料的重量百分比为20~50%；
S2：将十六胺在80~100℃下熔化，然后加入所述二元相变材料并在60~80℃下混合，得到三元相变材料，所述十六胺占所述三元相变材料的重量百分比为20~40%；
S3：将所述三元相变材料加热熔化，然后加入纳米氮化铝，搅拌均匀，得到四元相变材料，所述纳米氮化铝占所述四元相变材料的重量百分比为重0.5~2%；
S4：将多孔载体陶粒加入真空反应釜并在加热下预抽真空，然后将熔化的所述四元相变材料加入真空反应釜，继续抽真空并搅拌直至所述多孔载体陶粒吸附饱和，得到陶瓷吸附相变材料，所述多孔载体陶粒占所述陶瓷吸附相变材料的重量百分比60~70%，然后取出所述陶瓷吸附相变材料并降温凝固，再进行二次封装，得到储热材料。
优选的，在所述步骤S1中，固体石蜡选择54#固体切片石蜡并用水浴加热至60~80℃，然后与所述液体石蜡加热共混30~60min得到所述二元相变材料。
优选的，在所述步骤S2中，在水浴条件下将所述十六胺加热至80~100℃，然后加入所述二元相变材料并在60~80℃下混合得到所述三元相变材料。
优选的，在所述步骤S4中，所述多孔载体陶粒的粒径不大于8mm，所述预抽真空的真空度为负压0.09~0.097Mpa。
本发明具有如下有益效果：
1、由于工业级石蜡熔点较高，本发明选用熔点为54℃左右、相变潜热为221J/g的固体切片石蜡，为了满足建筑领域相变要求，将固体石蜡与液体石蜡按特定比例混合从而制成相变温度为25~50℃的二元相变材料，从而拓宽了石蜡的相变温度范围，降低固体石蜡的熔点但仍保留了较高的潜热值。目前市场上具有相同熔点的相变石蜡成本较高，本发明的二元石蜡相变材料有助于降低成本。
2、相变材料十六胺具有很大的潜热值（271J/g），将二元石蜡相变材料与十六胺共晶混合，得到的三元相变材料相对于上述二元相变材料可以进一步提升潜热值（204.50J/g），并且在室温27℃左右即开始发生相变吸热，降低了熔点，具有广泛的适用性。
3、添加纳米氮化铝可以进一步改善三元相变材料的潜热值（212.37J/g，提升了3.85%），同时提高了相变材料的导热性，使得热导率和储放热速率均有显著提高，可以更好地进行储热。
4、采用多孔陶粒作为载体吸附材料，在陶粒吸附饱和后再进行苯丙乳液和氮化铝的二次封装，更加有效地提升了石蜡相变循环的耐久性，陶粒本身还具有一定的强度，可以作为建筑材料的粗骨料，这大大增强了实用性。
附图说明
图1为多孔载体陶粒放大500倍的扫描电镜图；
图2为是陶粒吸附相变材料放大500倍的扫描电镜图；
图3为固体石蜡的差示扫描量热图；
图4为十六胺的差示扫描量热图；
图5为三元相变材料的差示扫描量热图；
图6为四元相变材料的差示扫描量热图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型做进一步说明：
实施例1 储热材料的制备1
将54#固体切片石蜡80g在水浴锅内加热至60℃熔化，然后加入液体石蜡20g并搅拌混合30min，得到熔点为40℃的二元相变材料，所述液体石蜡占所述二元相变材料的重量百分比为20%；
将十六胺20g在水浴锅内加热至80℃熔化，然后加入上述二元相变材料80g并在60℃下搅拌混合，得到三元相变材料，所述十六胺占所述三元相变材料的重量百分比为20%；
将上述三元相变材料99.5g在水浴锅内加热熔化，然后加入0.5g的纳米氮化铝，搅拌均匀，得到四元相变材料，所述纳米氮化铝占所述四元相变材料的重量百分比为重0.5%；
将60g粒径不大于8mm多孔载体陶粒加入真空反应釜并在加热下预抽真空，真空度为负压0.09MPa，然后将熔化的上述四元相变材料40g加入真空反应釜，继续抽真空并搅拌直至多孔载体陶粒吸附饱和，得到陶瓷吸附相变材料，此时多孔载体陶粒占陶瓷吸附相变材料的重量百分比为60%，然后取出陶瓷吸附相变材料并降温凝固，再进行利用苯丙乳液+氮化铝进行二次封装，得到储热材料。
实施例2 储热材料的制备2
将54#固体切片石蜡50g在水浴锅内加热至80℃熔化，然后加入液体石蜡50g并搅拌混合60min，得到熔点为25℃的二元相变材料，所述液体石蜡占所述二元相变材料的重量百分比为50%；
将十六胺40g在水浴锅内加热至100℃熔化，然后加入上述二元相变材料60g并在80℃下搅拌混合，得到三元相变材料，所述十六胺占所述三元相变材料的重量百分比为40%；
将上述三元相变材料98g在水浴锅内加热熔化，然后加入2g的纳米氮化铝，搅拌均匀，得到四元相变材料，所述纳米氮化铝占所述四元相变材料的重量百分比为重2%；
将70g粒径不大于8mm多孔载体陶粒加入真空反应釜并在加热下预抽真空，真空度为负压0.097MPa，然后将熔化的上述四元相变材料30g加入真空反应釜，继续抽真空并搅拌直至多孔载体陶粒吸附饱和，得到陶瓷吸附相变材料，此时多孔载体陶粒占陶瓷吸附相变材料的重量百分比为70%，然后取出陶瓷吸附相变材料并降温凝固，再进行利用苯丙乳液+氮化铝进行二次封装，得到储热材料。
实施例3 储热材料的制备3
将54#固体切片石蜡70g在水浴锅内加热至70℃熔化，然后加入液体石蜡30g并搅拌混合45min，得到熔点为35℃的二元相变材料，所述液体石蜡占所述二元相变材料的重量百分比为30%；
将十六胺35g在水浴锅内加热至90℃熔化，然后加入上述二元相变材料65g并在70℃下搅拌混合，得到三元相变材料，所述十六胺占所述三元相变材料的重量百分比为35%；
将上述三元相变材料99g在水浴锅内加热熔化，然后加入1g的纳米氮化铝，搅拌均匀，得到四元相变材料，所述纳米氮化铝占所述四元相变材料的重量百分比为重1%；
将65g粒径不大于8mm多孔载体陶粒加入真空反应釜并在加热下预抽真空，真空度为负压0.095MPa，然后将熔化的上述四元相变材料35g加入真空反应釜，继续抽真空并搅拌直至多孔载体陶粒吸附饱和，得到陶瓷吸附相变材料，此时多孔载体陶粒占陶瓷吸附相变材料的重量百分比为65%，然后取出陶瓷吸附相变材料并降温凝固，再进行利用苯丙乳液+氮化铝进行二次封装，得到储热材料。
实施例4 陶粒对四元相变材料的吸附作用
为进一步研究陶粒对于四元相变材料的吸附作用，使用扫描电镜对陶粒（对照组）和陶粒吸附相变材料（试验组）分别作了微观形貌分析，图1和图2分别是陶粒和陶粒吸附相变材料均放大500倍的扫描电镜图。如图1所示，空白陶粒的微观表面光滑，内部存在许多微孔，大量微孔的存在使得四元相变材料在毛细管力的作用下被陶粒所吸附。由图2可以发现，四元相变材料均匀地被吸附在陶粒微孔中，使得孔壁变厚，微孔直径变小。此外，在陶粒内部有少量的空隙未被填满，这是由于陶粒含有大量的钠、钙等离子，增大了陶粒表面的极性，使其更易于吸附极性分子。而四元相变材料主要由非极性烷烃组成，因此陶粒对其吸附并不饱满。所以，本发明中，多孔载体陶粒对四元相变材料进行了有效的吸附，是一种良好的吸附载体，有利于四元相变材料的储存、运输和使用，同时陶粒还可以提供较强的支撑力，可以作为粗骨料与建筑材料复合使用，比如做成相变保温板等。
实施例5 对储热材料性能的比较分析
为了说明本发明制备方法中所涉各材料的储热性能，分别对固体石蜡、十六胺、三元相变材料和四元相变材料进行了差示扫描量热分析，结果如图3至图6所示。
图3选用的是54#纯固体切片石蜡，其熔点为50.96℃，在27℃就开始进行储热发生相变过程，图中出现了两个峰，第一个峰位于35℃，是属于固-固相变阶段，第二个峰位于53.7℃，属于固-液相变，以第二个峰固液相变为主，由图可以看出第二个峰潜热值较大，总潜热值为221.37J/g，但是其熔点较高，固-液相变吸热峰对应的温度值较高。图4为纯十六胺，其熔点为45.5℃，在48℃出现固液吸热峰，潜热值为271J/g。十六胺潜热值较高，可以充分改善二元相变材料的蓄热性能，提升其相变潜热。从图5可以看出，三元相变材料的潜热值为204.50J/g，很大程度上提高了二元相变材料的蓄热性能，熔点为26.5℃，在42.7℃只出现了一个固-液相变峰，说明三者能够产生很好的共晶体系，而且较单一的固体石蜡和十六胺而言，三元相变材料的吸热峰提前，熔点大大降低，具有良好的应用前景。当外界环境温度为27℃时，三元相变材料已经达到其熔点进行相变蓄热，与单一相变材料相比，提前将能量进行储存，提高能源利用率。图6为四元相变材料内含有纳米氮化铝，其相变潜热值为212J/g，理论上四元相变材料的潜热值随着纳米氮化铝的加入而降低，然而，由图6可以看出，随着纳米氮化铝的加入，四元相变材料较三元相变材料的潜热值增加了3.85%，由于纳米氮化铝颗粒粒径较小，与有机物分子相互作用易于分散均匀，相变材料分子的布朗运动作用可克服重力效应，因此纳米流体的稳定性较好，而且对比图5和图6可以发现，图6添加导热材料后开始发生相变时的温度和吸热峰前移，说明加快了相变材料的换热速率。
本实施例只是对本发明构思和实现的说明，并非对其进行限制，在本发明构思下，未经实质变换的技术方案仍然在保护范围内。
Claims (4)
1.一种储热材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：将固体石蜡加热至60~80℃熔化，然后加入液体石蜡并搅拌混合，得到熔点为25~40℃的二元相变材料，所述液体石蜡占所述二元相变材料的重量百分比为20~50%；
S2：将十六胺在80~100℃下熔化，然后加入所述二元相变材料并在60~80℃下混合，得到三元相变材料，所述十六胺占所述三元相变材料的重量百分比为20~40%；
S3：将所述三元相变材料加热熔化，然后加入纳米氮化铝，搅拌均匀，得到四元相变材料，所述纳米氮化铝占所述四元相变材料的重量百分比为0.5~2%；
S4：将多孔载体陶粒加入真空反应釜并在加热下预抽真空，然后将熔化的所述四元相变材料加入真空反应釜，继续抽真空并搅拌直至所述多孔载体陶粒吸附饱和，得到陶瓷吸附相变材料，所述多孔载体陶粒占所述陶瓷吸附相变材料的重量百分比60~70%，然后取出所述陶瓷吸附相变材料并降温凝固，再进行二次封装，得到储热材料。
2.如权利要求1所述的储热材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤S1中，固体石蜡选择54#固体切片石蜡并用水浴加热至60~80℃，然后与所述液体石蜡加热共混30~60min得到所述二元相变材料。
3.如权利要求1所述的储热材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2中，在水浴条件下将所述十六胺加热至80~100℃，然后加入所述二元相变材料并在60~80℃下混合得到所述三元相变材料。
4.如权利要求1所述的储热材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤S4中，所述多孔载体陶粒的粒径不大于8mm，所述预抽真空的真空度为负压0.09~0.097Mpa。
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| GR01 | Patent grant | ||
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