CN114536493A - 一种高导热共晶相变储能木材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高导热共晶相变储能木材的制备方法，按下述步骤进行：步骤一、按质量份将2‑4份的脂肪醇和1‑3份的脂肪酸加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，配成棕榈醇和肉豆蔻酸混合物的质量分数为50‑70％的混合溶液，然后向混合溶液中加入占混合溶液质量0.5‑2％的纳米四氧化三铁粉末，超声20‑40分钟获得高导热共晶混合溶液；步骤二、将烘至绝干的木片置于高导热共晶混合溶液中，在70℃‑90℃下进行水浴加热；步骤三、真空浸渍20‑40min，浸渍后取出木片并擦干表面残留物质，再烘至绝干获得成品。本发明制备的相变储能木材具有高热焓值和高储热密度的优点，而且储存释放能量稳定，导热能力好。

Description

一种高导热共晶相变储能木材的制备方法
技术领域
本发明涉及新型储能材料应用领域，具体地说，涉及一种高导热共晶相变储能木材的制备方法。
背景技术
随着人类社会的发展和科技的不断进步，能源的需求量和消耗量都在逐年上升，能源浪费的情况也愈加严重，经济与社会的快速发展带来了前所未有的能源消耗，节能和可持续发展问题受到了全世界的关注。因此，节能环保材料开始受到广泛关注。相变材料(PCM-Phase Change Material)是指随着外界温度的变化，内部的物质状态同时发生改变，并会吸收或者释放大量潜热的物质。相变材料是一种良好的绿色环保载体，它具有体积小、储热密度高、温度较为稳定和易于控制等特点，节能效果显著，因此在人类的生活中有着广泛的应用前景。研发绿色建筑节能材料，推动建筑节能领域发展符合时代需求，具有广阔的市场前景。但目前，常用的相变材料主要为共晶盐和有机材料.共晶盐普遍存在过冷度大以及材料容易老化等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高导热共晶相变储能木材的制备方法。本发明制备的相变储能木材具有高热焓值和高储热密度的优点，而且储存释放能量稳定，导热能力好。
本发明的技术方案如下：一种高导热共晶相变储能木材的制备方法，按下述步骤进行：
步骤一、按质量份将2-4份的脂肪醇和1-3份的脂肪酸加入到N,N-二甲基甲酰胺中，配成棕榈醇和肉豆蔻酸混合物的质量分数为50-70％的混合溶液，然后向混合溶液中加入占混合溶液质量0.5-2％的纳米四氧化三铁粉末，超声20-40分钟获得高导热共晶混合溶液；
步骤二、将烘至绝干的木片置于高导热共晶混合溶液中，在70℃-90℃下进行水浴加热；
步骤三、真空浸渍20-40min，浸渍后取出木片并擦干表面残留物质，再烘至绝干获得成品。
上述的高导热共晶相变储能木材的制备方法，步骤一中，按质量份将3份的脂肪醇和2份的脂肪酸加入到N,N-二甲基甲酰胺中，配成棕榈醇和肉豆蔻酸混合物的质量分数为60％的混合溶液，然后向混合溶液中加入占混合溶液质量1％的纳米四氧化三铁粉末，超声30分钟获得高导热共晶混合溶液。
前述的高导热共晶相变储能木材的制备方法，所述的脂肪醇为棕榈醇。
前述的高导热共晶相变储能木材的制备方法，所述的脂肪酸为肉豆蔻酸。
前述的高导热共晶相变储能木材的制备方法，步骤二中，所述木片为巴沙木木片，长×宽×厚为20mm×20mm×5mm。
前述的高导热共晶相变储能木材的制备方法，所述真空浸渍是在0.1MPa的条件下浸渍10分钟/次，共浸渍3次。
与现有技术相比，本发明以脂肪酸-肉豆蔻酸和脂肪醇-棕榈醇作为共晶相变材料，使其制备得到的相变储能木材具有高热焓值和高储热密度的优点，而且储存释放能量稳定，导热能力好，同时加入纳米四氧化三体进一步提高材料的导热系数、磁-热转换效率以及光热转换能力。此外，本发明进一步了的优化了各项参数配比和工艺，使其更具有良好的相变储能能力。进一步地，利用本发明制备的高导热共晶相变储能木材进行设计、研发智能调温、蓄热节能的新型木质家居产品，对于开发低碳节能建筑材料，推动木材产业转型升级具有重要意义。
附图说明
图1为失重分析的试验结果曲线图；
图2为热重分析的试验结果曲线图；
图3为强度测试的结果曲线图；
图4为木材径切面SEM电镜图；
图5为木材横切面SEM电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例可以使本领域普通技术人员更全面的理解本发明。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1：一种高导热共晶相变储能木材的制备方法，按下述步骤进行：
一、将巴沙木进行处理，裁成长×宽×厚为20mm×20mm×5mm的木片，置于烘箱内103℃烘干至绝干。
二、按质量份将2.5份的棕榈醇(C16H34O)和1.5份的肉豆蔻酸(C14H28O2)加入到N,N-二甲基甲酰胺中，配成棕榈醇和肉豆蔻酸混合物的质量分数为55％的溶液；然后向混合溶液中加入占混合溶液质量1.5％的纳米四氧化三铁(Fe3O4)粉末，搅拌均匀，超声25分钟获得稳定的高导热共晶混合溶液；
三、将烘至绝干的巴沙木木片置于烧杯中，并加入高导热共晶混合溶液，在70℃-90℃下进行水浴加热；
四、将步骤三所准备好的烧杯置于真空浸渍机内，在0.1MPa的压力下浸渍25min，期间注意液面变化，并保证浸渍液始终完全处于液体状态。
五、浸渍完成后，将步骤四中所得到的木片擦干表面残留物质，放入烘箱中，100℃烘至绝干后获得相变储能木材。
实施例2：一种高导热共晶相变储能木材的制备方法，按下述步骤进行：
一、将巴沙木进行处理，裁成长×宽×厚为20mm×20mm×5mm的木片，置于烘箱内103℃烘干至绝干。
二、按质量份将4份的棕榈醇(C16H34O)和3份的肉豆蔻酸(C14H28O2)加入到N,N-二甲基甲酰胺中，配成棕榈醇和肉豆蔻酸混合物的质量分数为70％的溶液；然后向混合溶液中加入占混合溶液质量2％的纳米四氧化三铁(Fe3O4)粉末，搅拌均匀，超声35分钟获得稳定的高导热共晶混合溶液；
三、将烘至绝干的巴沙木木片置于烧杯中，并加入高导热共晶混合溶液，在70℃-90℃下进行水浴加热；
四、将步骤三所准备好的烧杯置于真空浸渍机内，在0.1MPa的压力下浸渍35min，期间注意液面变化，并保证浸渍液始终完全处于液体状态。
五、浸渍完成后，将步骤四中所得到的木片擦干表面残留物质，放入烘箱中，100℃烘至绝干后获得相变储能木材。
实施例3：一种高导热共晶相变储能木材的制备方法，按下述步骤进行：
一、将巴沙木进行处理，裁成长×宽×厚为20mm×20mm×5mm的木片，置于烘箱内103℃烘干至绝干。
二、按质量份将3份的棕榈醇(C16H34O)和2份的肉豆蔻酸(C14H28O2)加入到N,N-二甲基甲酰胺中，配成棕榈醇和肉豆蔻酸混合物的质量分数为60％的溶液；然后向混合溶液中加入占混合溶液质量1％的纳米四氧化三铁(Fe3O4)粉末，搅拌均匀，超声30分钟获得稳定的高导热共晶混合溶液；
三、将烘至绝干的巴沙木木片置于烧杯中，并加入步骤二的高导热共晶混合溶液，在70℃-90℃下进行水浴加热。
四、将步骤三所准备好的烧杯置于真空浸渍机内，在0.1MPa的压力下浸渍30min(10分钟/次)，期间注意液面变化，并保证浸渍液始终完全处于液体状态。
五、浸渍完成后，将步骤四中所得到的木片擦干表面残留物质，放入烘箱中，100℃烘至绝干后获得相变储能木材。
申请人对实施例1-3的制备中的浸渍过程进行了增重率实验，结果如表1所示：
Figure BDA0003540870360000061
Figure BDA0003540870360000071
表1
从表1可以看出，本发明的方法可以使得绝干的木材平均增重率达到90％以上，其中优选的实施例3中的工艺参数可以使得木材平均增重率达到115％，这说明本发明具有良好的吸附能力，使得木材内部具有大量的相变储能材料，使其成品具有高热焓值和高储热密度。
进一步地，本发明对N,N-二甲基甲酰胺+棕榈醇+肉豆蔻酸、未处理过的木片和实施例3中的成品进行失重分析、热重分析和强度测试，结果分别如图1-图3所示。图1中PWF表示N,N-二甲基甲酰胺+棕榈醇+肉豆蔻酸，Pure wood表示未处理过的木片，PWF80表示实施例3中的成品。从图1的失重分析的测试中可以看出，本发明成品的重量变化范围比N,N-二甲基甲酰胺+棕榈醇+肉豆蔻酸以及未处理过的木片大，而且响应温度低；在图2的热重分析中可以看出，本发明的热稳定性良好，满足室温条件下使用。在图3的强度测试中可以看出，本发明具有良好的强度。同时本发明还对绝干木材和实施例3的成品进行SEM电镜图观察，得到如图4所示的木材径切面SEM电镜图，如图5所示的木材横切面SEM电镜图，从图4和图5中可以看出木材是一种多孔材料，具有蜂窝状结构和丰富的管道结构，有潜力成为相变材料的载体。在经过浸渍处理后，高导热共晶溶液中的相变储能材料成功地浸渍到木材中并且主要分布在木材的导管中，并充分的填充在木材的内部，由此使得本发明制备的相变储能木材具有高热焓值和高储热密度的优点，而且储存释放能量稳定，导热能力好。
综上所述，本发明以脂肪酸-肉豆蔻酸和脂肪醇-棕榈醇作为共晶相变材料，使其制备得到的相变储能木材具有高热焓值和高储热密度的优点，而且储存释放能量稳定，导热能力好，同时加入纳米四氧化三体进一步提高材料的导热系数、磁-热转换效率以及光热转换能力。此外，本发明进一步了的优化了各项参数配比和工艺，使其更具有良好的相变储能能力。进一步地，利用本发明制备的高导热共晶相变储能木材进行设计、研发智能调温、蓄热节能的新型木质家居产品，对于开发低碳节能建筑材料，推动木材产业转型升级具有重要意义。

Claims (6)

1.一种高导热共晶相变储能木材的制备方法，其特征在于：按下述步骤进行：
步骤一、按质量份将2-4份的脂肪醇和1-3份的脂肪酸加入到N,N-二甲基甲酰胺中，配成棕榈醇和肉豆蔻酸混合物的质量分数为50-70％的混合溶液，然后向混合溶液中加入占混合溶液质量0.5-2％的纳米四氧化三铁粉末，超声20-40分钟获得高导热共晶混合溶液；
步骤二、将烘至绝干的木片置于高导热共晶混合溶液中，在70℃-90℃下进行水浴加热；
步骤三、在水浴加热过程中真空浸渍20-40min，浸渍后取出木片并擦干表面残留物质，再烘至绝干获得成品。
2.根据权利要求1所述的高导热共晶相变储能木材的制备方法，其特征在于：步骤一中，按质量份将3份的脂肪醇和2份的脂肪酸加入到N,N-二甲基甲酰胺中，配成棕榈醇和肉豆蔻酸混合物的质量分数为60％的混合溶液，然后向混合溶液中加入占混合溶液质量1％的纳米四氧化三铁粉末，超声30分钟获得高导热共晶混合溶液。
3.根据权利要求1或2所述的高导热共晶相变储能木材的制备方法，其特征在于：所述的脂肪醇为棕榈醇。
4.根据权利要求1或2所述的高导热共晶相变储能木材的制备方法，其特征在于：所述的脂肪酸为肉豆蔻酸。
5.根据权利要求1所述的高导热共晶相变储能木材的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述木片为巴沙木木片，长×宽×厚为20mm×20mm×5mm。
6.根据权利要求1所述的高导热共晶相变储能木材的制备方法，其特征在于：所述真空浸渍是在0.1MPa的条件下浸渍10分钟/次，共浸渍3次。
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