本發(fā)明屬于材料科學(xué)、化學(xué)化工、能源利用與工程熱物理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中高溫?zé)o機(jī)鹽/膨脹石墨定型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

能量的儲(chǔ)存研究是能源安全與可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性課題，其中熱能的儲(chǔ)存與利用與國計(jì)民生息息相關(guān)。儲(chǔ)熱技術(shù)，特別是相變儲(chǔ)熱技術(shù)是合理有效利用現(xiàn)有能源，優(yōu)化使用可再生能源和提高能源利用效率的重要技術(shù)，是近20年來世界節(jié)能領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)非?；钴S的研究方向。隨著太陽能、工程熱物理、航天技術(shù)及工業(yè)余熱回收利用等領(lǐng)域的相互滲透和迅猛發(fā)展，為相變儲(chǔ)熱的進(jìn)一步研究和發(fā)展提供了豐厚的條件。相變儲(chǔ)熱利用材料的相變潛熱來實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和利用，來緩解能量供求雙方在時(shí)間、強(qiáng)度及地點(diǎn)上不匹配的有效方式。相變儲(chǔ)熱技術(shù)的核心之一是相變材料，其潛熱及傳熱直接影響儲(chǔ)存和利用。而無機(jī)鹽在中高溫相變儲(chǔ)熱應(yīng)用領(lǐng)域中具有極大的優(yōu)勢，所以目前中高溫儲(chǔ)熱相變材料以無機(jī)鹽或合金為主要成分。但由于它們固-液轉(zhuǎn)化時(shí)，必須使用專門容器封裝，增加了傳熱介質(zhì)與相變材料間的熱阻，降低了傳熱效率，成本相應(yīng)也提高了。合金主要是以金屬為原料，價(jià)格昂貴，高溫條件下腐蝕性強(qiáng)。而無機(jī)鹽具有工作溫度范圍廣、相變潛熱大、熱性能相對穩(wěn)定、原料易得、成本低等優(yōu)勢，被作為傳熱儲(chǔ)熱材料廣泛應(yīng)用于能源、動(dòng)力、石化、冶金、材料等領(lǐng)域。但無機(jī)鹽作為相變儲(chǔ)熱材料存在較為嚴(yán)重的高溫腐蝕、導(dǎo)熱性不佳等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約其工業(yè)化應(yīng)用。開發(fā)復(fù)合相變儲(chǔ)能材料有望解決相變儲(chǔ)熱材料的應(yīng)用技術(shù)瓶頸。目前相關(guān)研究者進(jìn)行了研究，例如專利cn103992775a公開了一種低熔點(diǎn)儲(chǔ)熱材料及其制備方法，將多種無機(jī)鹽混合保溫制備而成，這種制備方法所制備儲(chǔ)熱材料相變潛熱高、熔點(diǎn)低、液態(tài)流動(dòng)性好、同時(shí)制備簡單，但導(dǎo)熱性不佳、儲(chǔ)放熱速率受限等缺陷。專利cn1803965a公開了一種采用自發(fā)熔融浸滲制備高溫相變儲(chǔ)熱材料的制備工藝，選材包括無機(jī)鹽、多孔陶瓷預(yù)制體、造孔劑、高溫粘結(jié)劑、成型劑，采用自發(fā)熔融浸滲合成，制備出的儲(chǔ)熱材料機(jī)械強(qiáng)度高、換熱性能好，但添加劑過多，儲(chǔ)熱密度小、加大了儲(chǔ)能成本、且配方復(fù)雜、操作過程繁瑣、不宜大規(guī)模推廣應(yīng)用。

綜上所述，針對目前相變儲(chǔ)熱材料存在的導(dǎo)熱性不佳、儲(chǔ)熱密度小、制備工藝復(fù)雜等問題，需要開發(fā)一種新型中高溫定型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種新型中高溫定型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料及其制備方法。該方法從選材著手，對材料進(jìn)行配方摸索及制備工藝優(yōu)化。使用這種制備方法可制備單位體積儲(chǔ)能密度大、化學(xué)性能穩(wěn)定、高強(qiáng)度且成本低、制備工藝操作簡單的中高溫定型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用技術(shù)方案為：

一種中高溫?zé)o機(jī)鹽/膨脹石墨定型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料，所述無機(jī)鹽為ca(no3)2、nano3、kno3中的一種或兩種以上的硝酸鹽；所述膨脹石墨為蠕蟲狀膨脹石墨，其中，膨脹石墨既是支撐材料也是導(dǎo)熱增強(qiáng)體。

進(jìn)一步，所述材料的相變溫度為200～400℃，相變潛熱為80～200j/g，導(dǎo)熱系數(shù)為1.6～5.7w/(m·k)。

進(jìn)一步，所述硝酸鹽是30(wt)％ca(no3)2與70(wt)％nano3的二元混合物。進(jìn)一步，所述硝酸鹽與膨脹石墨的配比為1：0.05263～1：0.1111，優(yōu)選配比1：0.05263～1:0.07066。

一種上述定型復(fù)合相變材料的制備方法，步驟如下：

步驟1，按照配比稱取相變材料ca(no3)2、nano3、kno3中的一種或兩種以上的硝酸鹽和蠕蟲狀膨脹石墨。

步驟2，將上述無機(jī)鹽和膨脹石墨混合，加15～80ml去離子水，置于磁力攪拌器中進(jìn)行攪拌10min，形成懸浮液。

步驟3，將上述懸浮液，置于80～105℃的干燥箱中干燥3～5小時(shí)，干燥后得到坯料。

步驟4，將上述坯料置于220～350℃馬弗爐中進(jìn)行預(yù)燒處理1.5～6小時(shí)，冷卻后形成均勻、顆粒狀坯料。

步驟5，將上述坯料使用不同模具壓制成型，成型壓力4～30mpa，保壓時(shí)間1～10分鐘，脫模為成型試樣。

步驟6，將上述成型試樣置于馬弗爐中，280～400℃燒結(jié)2～5小時(shí)，燒結(jié)完成冷卻至室溫，制備出新型中高溫?zé)o機(jī)鹽/膨脹石墨定型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)：

1)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了無機(jī)鹽與膨脹石墨密度差大難以混合均勻以及膨脹石墨吸附相變材料吸附率低的問題。同時(shí)本發(fā)明無需添加活性劑、成型劑、粘結(jié)劑，制備工藝操作簡單、制備過程容易控制、重現(xiàn)性好，適合規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。

2)利用本發(fā)明制備的中高溫定型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的儲(chǔ)能密度大、導(dǎo)熱率高、儲(chǔ)熱過程中定型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料無泄漏、不腐蝕，在太陽能光熱發(fā)電技術(shù)、工業(yè)余熱回收利用、熱-冷-電三聯(lián)產(chǎn)等領(lǐng)域前景廣闊。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所得ca(no3)2-nano3/膨脹石墨定型復(fù)合相變材料的sem照片。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所得ca(no3)2-nano3/膨脹石墨定型復(fù)合相變材料的xrd衍射圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

將ca(no3)2、nano3預(yù)先按摩爾質(zhì)量比3:7配成二元硝酸鹽30％ca(no3)2-70％nano3；稱取39.11g30％ca(no3)2-70％nano3和2.058g蠕蟲狀膨脹石墨混合，然后向該混合物中加入25ml去離子水；采用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌10min，形成30％ca(no3)2-70％nano3/膨脹石墨懸浮液；將上述所得懸浮液，置于98℃的干燥箱中干燥3小時(shí)，可得混合均勻的坯料；將坯料置于280℃馬弗爐中預(yù)燒2小時(shí)，冷卻至室溫，形成均勻、顆粒狀坯料；使用模具將上述坯料加壓制成φ13mm*3mm的圓柱試樣，成型壓力6mpa，保壓時(shí)間80秒；將上述所得的圓柱試樣置于300℃馬弗爐中燒結(jié)3小時(shí)，燒結(jié)后冷卻至室溫，既得新型中高溫30％ca(no3)2-70％nano3/膨脹石墨定型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料，相變材料占總蓄熱材料的質(zhì)量百分比為95wt％。

實(shí)施例2

將nano3、kno3預(yù)先按摩爾質(zhì)量比6：4配制成二元硝酸鹽60％nano3-40％kno3；稱取42g60％nano3-40％kno3和2.95g蠕蟲狀膨脹石墨混合，然后向該混合物中加入30ml去離子水；采用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌15min，形成60％nano3-40％kno3/膨脹石墨懸浮液；將上述所得懸浮液，置于102℃的干燥箱中干燥3小時(shí)，可得混合均勻的坯料；將坯料置于260℃馬弗爐中預(yù)燒1.5小時(shí)，冷卻至室溫，形成均勻、顆粒狀坯料；使用模具將上述坯料加壓制成φ15mm*5mm的圓柱試樣，成型壓力10mpa，保壓時(shí)間90秒；將上述所得的圓柱試樣置于290℃馬弗爐中燒結(jié)2.5小時(shí)，燒結(jié)后冷卻至室溫，既得新型中高溫60％nano3-40％kno3/膨脹石墨定型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料，相變材料占總蓄熱材料的質(zhì)量百分比為93.4wt％。

實(shí)施例3

稱取75gkno3和3.9g蠕蟲狀膨脹石墨混合，然后向該混合物中加入50ml去離子水；采用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌20min，形成kno3/膨脹石墨懸浮液；將上述所得懸浮液，置于105℃的干燥箱中干燥2.5小時(shí)，可得混合均勻的坯料；將坯料置于350℃馬弗爐中預(yù)燒1.5小時(shí)，冷卻至室溫，形成均勻、顆粒狀坯料；使用模具將上述坯料加壓制成φ50mm*10mm的圓柱試樣，成型壓力14mpa，保壓時(shí)間120秒；將上述所得的圓柱試樣置于370℃馬弗爐中燒結(jié)1.5小時(shí)，燒結(jié)后冷卻至室溫，既得新型中高溫kno3/膨脹石墨定型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料，相變材料占總蓄熱材料的質(zhì)量百分比為95.1wt％。

上述實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)說明。顯然，本發(fā)明并不局限于所描述的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員還可據(jù)此做出多種變化，但任何與本發(fā)明等同或相類似的變化都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。