一種磷酸鹽無(wú)機(jī)納米相變儲(chǔ)能材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種磷酸鹽無(wú)機(jī)納米相變儲(chǔ)能材料及其儲(chǔ)備方法，屬于建筑低碳節(jié)能【技術(shù)領(lǐng)域】，是由正硅酸乙酯，鋯酸四丁酯和硝酸錳水解而成的硅膠、氧化鋯、二氧化錳粉，為納米膠粉做壁材，由納米無(wú)機(jī)鹽水合物是磷酸氫二鈉Na2HPO4·12H2O為芯材，由壁材包封芯材而成的磷酸鹽納米相變儲(chǔ)能材料，相變溫度34.6℃，膠囊性質(zhì)穩(wěn)定，相變溫度很宜于做家居相變儲(chǔ)能材料。
【專利說(shuō)明】一種磷酸鹽無(wú)機(jī)納米相變儲(chǔ)能材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑低碳節(jié)能【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種磷酸鹽無(wú)機(jī)納米相變儲(chǔ)能材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自然環(huán)境中每天產(chǎn)生大量的熱量，如:太陽(yáng)能、動(dòng)物體散發(fā)熱、燃燒熱、摩擦熱、物體運(yùn)轉(zhuǎn)熱等。相變儲(chǔ)能材料是在其本身發(fā)生相變的過(guò)程中，吸收這些熱量的物質(zhì)，并在需要時(shí)向環(huán)境釋放，而達(dá)到控制周圍環(huán)境溫度和節(jié)能的目的。按其化學(xué)組成可以分為:有機(jī)相變儲(chǔ)能材料、混合相變儲(chǔ)能材料和無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)能材料。有機(jī)相變儲(chǔ)能材料具有化學(xué)穩(wěn)定性好、相變溫度適中、無(wú)相分離等優(yōu)點(diǎn)，然而，有機(jī)相變儲(chǔ)能材料導(dǎo)熱系數(shù)較低，致使其在儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用中傳熱性能差，從而降低了系統(tǒng)的效能；混合相變儲(chǔ)能材料具有在一定范圍內(nèi)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，但容易老化，經(jīng)過(guò)幾次循環(huán)后就失去儲(chǔ)能效果；無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)能材料具有使用范圍廣、導(dǎo)熱系數(shù)大、融解熱較大、貯熱密度大、相變體積變化小、毒性小、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，深得人們青睞，因此這類無(wú)機(jī)儲(chǔ)能材料的制備和應(yīng)用在專利申請(qǐng)方面越來(lái)越多，如:《一種無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基高溫相變儲(chǔ)能材料的制備工藝》，申請(qǐng)?zhí)?00510120619.7 ;《一種無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)能材料》，申請(qǐng)?zhí)?01210037753 ;《一種無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基高溫相變儲(chǔ)能材料的制備工藝》，申請(qǐng)?zhí)朇N200810065301.7 ;《一種高性能中溫?zé)o機(jī)相變儲(chǔ)能材料及其制備方法》，申請(qǐng)?zhí)?01210557115等等。無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)能材料通常存在過(guò)冷、非均勻融解和相分離等現(xiàn)象，致使應(yīng)該儲(chǔ)能時(shí)不儲(chǔ)能，應(yīng)該釋放能時(shí)不釋放能，系統(tǒng)中出現(xiàn)明顯分層，相變焓大大衰減。為了解決上述問(wèn)題，發(fā)明人提出各種方案，如《一種儲(chǔ)熱介質(zhì)及其用途》，申請(qǐng)?zhí)?00610104583.8，提出硝酸鎂，氯化鎂和水組成共晶的鹽水化合物；《一種無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)能材料》，申請(qǐng)?zhí)?01210037753.0，采用在無(wú)機(jī)鹽水合物中加入成核劑和分散劑；《一種無(wú)機(jī)水合鹽相變儲(chǔ)能材料的制備方法》，申請(qǐng)?zhí)?00810065301.7，采用在無(wú)機(jī)鹽水合物中加防過(guò)冷劑四硼酸鈉，這些方法雖然有一些效果，但也只局限于某些體系，在相變儲(chǔ)能材料選擇和使用存在一定的局限，本發(fā)明發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，將無(wú)機(jī)鹽水合物相變儲(chǔ)能材料分散到納米級(jí)微粒，包裹成納米微膠囊，能很好地解決相變儲(chǔ)能材料的過(guò)冷和相分離問(wèn)題，發(fā)明人根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)和構(gòu)思開發(fā)出一系列納米無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)能材料，本發(fā)明就是開發(fā)的這種無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)能材料之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于將無(wú)機(jī)鹽水合物相變儲(chǔ)能材料分散到納米級(jí)微粒，并包裹在納米微膠囊中，克服相變儲(chǔ)能材料的過(guò)冷和相分離問(wèn)題，開發(fā)出一系列與現(xiàn)有技術(shù)不同的無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)能材料，滿足不同保溫，隔熱，儲(chǔ)能，調(diào)溫對(duì)象對(duì)不同無(wú)機(jī)相變材料性能的要求。
[0004]本發(fā)明一種磷酸鹽無(wú)機(jī)納米相變儲(chǔ)能材料是以無(wú)機(jī)納米膠粉做壁材，以納米無(wú)機(jī)水合鹽相變材料作芯材，由納米膠粉壁材包裹納米無(wú)機(jī)鹽水合物相變材料芯材而成無(wú)機(jī)納米儲(chǔ)能材料，所指無(wú)機(jī)膠粉是由正硅酸乙酯，鋯酸四丁酯和硝酸錳水解而成的硅膠、氧化鋯、二氧化錳粉，折合成氧化物滿足Si02/Zr02/Mn02*子間的比例為2: 0.5: 1，所指的納米無(wú)機(jī)鹽水合物是磷酸氫二鈉Na2HPO4.12H20，壁材和芯材的重量比為6: 4，產(chǎn)品尺度80納米，相變溫度34.6°C;冷卻曲線證明無(wú)過(guò)冷和相分離問(wèn)題；儲(chǔ)能密度260J/g;膠囊性質(zhì)穩(wěn)定，在PH5-9溶液中不溶，在進(jìn)行80次高溫淋水循環(huán)和25次加熱冷凍循環(huán)后質(zhì)量損失小于1% ;未發(fā)現(xiàn)過(guò)冷和相分離。
[0005]本發(fā)明一種磷酸鹽無(wú)機(jī)納米相變儲(chǔ)能材料的制備方法，依次按下列步驟加工:
(1)取工業(yè)級(jí)原料12水磷酸氫二鈉加水配制成飽和水溶液，過(guò)濾除去雜質(zhì)，濾液加入二倍體積的無(wú)水乙醇，攪拌，得納米級(jí)相變Na2HPO4.12H20芯材沉淀；
(2)稱取正硅酸乙酯、鋯酸四丁酯和硝酸錳，折合成氧化物滿足Si02/Zr02/Mn02分之間比例為2: 0.5:1 ;
(3)將步驟(2)稱取物逐一加入步驟(1)，邊加邊攪拌，步驟(2)所得氧化物總重與步驟
(I)原料重量比為6: 4 ；
(4)將步驟(3)的混合體在600-1000r/min轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌1_3小時(shí)，使納米壁材硅膠、氧化鋯、二氧化錳將納米芯材Na2HPO4.12H20進(jìn)行包裹；
(5)離心脫水，固體干燥為產(chǎn)品。
[0006]上述步驟(5)離心脫水分離后的濾液蒸餾回收乙醇。
[0007]本發(fā)明一種磷酸鹽無(wú)機(jī)納米相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用，是根據(jù)本發(fā)明提供的參數(shù)為建材設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用。主要應(yīng)用在建筑夾層，建材填充劑或加工成型材作保溫，隔熱，儲(chǔ)能用。
[0008]本發(fā)明原理是以納米級(jí)無(wú)機(jī)相變材料12水磷酸氫二鈉Na2HPO4.12H20為芯材，以正硅酸乙酯，鋯酸四丁酯和硝酸錳水解生產(chǎn)納米級(jí)硅膠，氧化鋯和二氧化錳作為壁材，由納米級(jí)膠粉壁材包裹納米級(jí)無(wú)機(jī)鹽相變儲(chǔ)能材料12水磷酸氫二鈉Na2HPO4.12H20，克服相變儲(chǔ)能材料12水磷酸氫二鈉Na2HPO4.12Η20存在的過(guò)冷、分層和相分離等諸多問(wèn)題，從而使之成為穩(wěn)定的相變儲(chǔ)能材料，用作房屋保溫，隔熱材料，由于12水磷酸氫二鈉Na2HPO4.12Η20在30°C以上會(huì)析出Na2HPO4.7H20,整個(gè)加工過(guò)程控制在30°C以下進(jìn)行。
[0009]發(fā)明效果:
1.本發(fā)明產(chǎn)品相變溫度34.6°C，儲(chǔ)熱密度160-500J/g，無(wú)毒，無(wú)腐蝕，特別適合于住房保溫，隔熱，儲(chǔ)能，調(diào)溫。
[0010]2.本發(fā)明產(chǎn)品工藝簡(jiǎn)單，成本低質(zhì)量易控，穩(wěn)定。
[0011]3.反復(fù)使用無(wú)相分離。
[0012]4.本發(fā)明通過(guò)快速反應(yīng)，將無(wú)機(jī)鹽水合物迅速分散成納米級(jí)微粒，并被磷酸鋁包裹，無(wú)機(jī)鹽結(jié)晶水不易散失，微粒分子運(yùn)動(dòng)受到約束，有效控制了過(guò)冷和相分離的現(xiàn)象，是一種很好的相變儲(chǔ)能材料。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明產(chǎn)品熔化一凝固曲線，從圖可知，本發(fā)明產(chǎn)品相變溫度34.6°C。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1
按下列步驟加工:、(1)取400g工業(yè)級(jí)原料12水磷酸氫二鈉Na2HPO4.12H20)加水配制成飽和水溶液，過(guò)濾除去雜質(zhì),濾液加入二倍體積的無(wú)水乙醇,攪拌,得納米級(jí)相變Na2HPO4.12H20芯材沉淀； (2)稱取正硅酸乙酯Si(OC2H5)4317g、鋯酸四丁酯Zr(OC4H9)4 146g和硝酸錳136.2g，折合成氧化物滿足Si02/Zr02/Mn02分之間比例為2: 0.5: I ；
(3)將步驟(2)稱取物逐一加入步驟(1)，邊加邊攪拌，步驟(2)所得氧化物總重與步驟(I)原料重量比為6: 4 ；
(4)將步驟(3)的混合體在20°C條件下以600r/min轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌2小時(shí)，使納米壁材硅膠、氧化鋯、二氧化錳將納米芯材Na2HPO4.12H20進(jìn)行包裹；
(5)離心脫水，固體干燥為產(chǎn)品。濾液蒸餾回收乙醇。
[0015]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式的限制，任何脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
[0016]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式的限制，任何脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種磷酸鹽無(wú)機(jī)納米相變儲(chǔ)能材料，其特征是以無(wú)機(jī)納米膠粉做壁材，以納米無(wú)機(jī)水合鹽相變材料作芯材，由納米膠粉壁材包裹納米無(wú)機(jī)鹽水合物相變材料芯材而成無(wú)機(jī)納米儲(chǔ)能材料，所指無(wú)機(jī)膠粉是由正硅酸乙酯，鋯酸四丁酯和硝酸錳水解而成的硅膠、氧化鋯、二氧化錳粉，折合成氧化物滿足Si02/Zr02/Mn02*子間的比例為2: 0.5: 1，所指的納米無(wú)機(jī)鹽水合物是磷酸氫二鈉Na2HPO4.12H20，壁材和芯材的重量比為6: 4，產(chǎn)品尺度80納米，相變溫度34.6°C;冷卻曲線證明無(wú)過(guò)冷和相分離問(wèn)題；儲(chǔ)能密度260J/g;膠囊性質(zhì)穩(wěn)定，在進(jìn)行80次高溫淋水循環(huán)和25次加熱冷凍循環(huán)后質(zhì)量損失小于1% ;未發(fā)現(xiàn)過(guò)冷和相分離。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種磷酸鹽無(wú)機(jī)納米相變儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征是依次按下列步驟加工: (1)取工業(yè)級(jí)原料12水磷酸氫二鈉加水配制成飽和水溶液，過(guò)濾除去雜質(zhì)，濾液加入二倍體積的無(wú)水乙醇，攪拌，得納米級(jí)相變Na2HPO4.12H20芯材沉淀； (2)稱取正硅酸乙酯、鋯酸四丁酯和硝酸錳，折合成氧化物滿足Si02/Zr02/Mn02分之間比例為2: 0.5:1 ; (3)將步驟(2)稱取物逐一加入步驟(1)，邊加邊攪拌，步驟(2)所得氧化物總重與步驟(I)原料重量比為6: 4； (4)將步驟(3)的混合體在600-1000r/min轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌1-3小時(shí)，使納米壁材硅膠、氧化鋯、二氧化錳將納米芯材Na2HPO4.12H20進(jìn)行包裹； (5)離心脫水，固體干燥為產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磷酸鹽無(wú)機(jī)納米相變儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征是步驟(5)離心脫水分離后的離心液蒸餾回收乙醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磷酸鹽無(wú)機(jī)納米相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用，其特征是根據(jù)本發(fā)明提供的參數(shù)為建材設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磷酸鹽無(wú)機(jī)納米相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用，其特征是主要應(yīng)用在建筑夾層，建材填充劑或加工成型材作保溫，隔熱，儲(chǔ)能用。
【文檔編號(hào)】C04B22/16GK103468216SQ201310387281
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】李榮明, 駱相全 申請(qǐng)人:貴州中益能低碳節(jié)能科技股份有限公司