一種有機(jī)凝膠復(fù)合相變材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合相變材料領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)凝膠復(fù)合相變材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]以太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能等可再生能源取代傳統(tǒng)化石能源是能源可持續(xù)發(fā)展的必由之路。目前，這些新能源有效利用率低下，供給與需求存在時(shí)間上的差異，限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此，開發(fā)新的儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)新能源的高效合理利用變得尤為迫切。相變材料(Phase Change Materials，PCMs)作為儲(chǔ)能技術(shù)的核心和關(guān)鍵在相變過程中能夠吸收/釋放大量熱能，可實(shí)現(xiàn)熱能的存儲(chǔ)以及能量在空間和時(shí)間的轉(zhuǎn)移。然而，純的相變材料(主要是固-液相變材料)存在如液相的泄漏及熱導(dǎo)率低等問題，大大限制了其應(yīng)用。通過發(fā)展復(fù)合相變材料將相變材料封裝于殼層或多孔載體中是解決上述問題的有效途徑。專利CN104194732A公布了一種硅藻土與石蠟復(fù)合相變材料的制備方法。CN103436240A公布了一種泡沫金屬復(fù)合相變材料及其制備方法。在一定程度上，這些制備方法解決了相變材料在相變過程中的泄漏問題。但是所用的載體材料存在著比表面積小，孔體積小，孔徑分布較窄等缺點(diǎn)，導(dǎo)致了復(fù)合相變材料負(fù)載量低、潛熱值低，限制了其的實(shí)際應(yīng)用。因此，開發(fā)一種具有高比表面積、高孔隙率的多孔材料對(duì)于相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用具有重要意義。
[0003]有機(jī)凝膠是一種三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聚合物，由交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和分散在網(wǎng)絡(luò)空隙中的溶劑分子構(gòu)成。其物理化學(xué)性質(zhì)獨(dú)特，是一類粘彈性非常好的“軟物質(zhì)”，兼具固體和液體的性質(zhì):其中交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)起支撐作用，使凝膠能夠像固體一樣保持一定的形態(tài);充滿整個(gè)凝膠網(wǎng)絡(luò)的溶劑分子，具有像液體一樣的運(yùn)動(dòng)性和流動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò)間的小分子物質(zhì)可以自由擴(kuò)散，可以進(jìn)行凝膠內(nèi)部或者與外部之間的能量、物質(zhì)和信息的交換。此外，凝膠與共價(jià)有機(jī)框架結(jié)構(gòu)(Covalent Organic Framework，COF)類似，具有超大的比表面積和超高的孔隙率，利用這一特性，可以用其來吸附相變芯材，制備高負(fù)載量、高循環(huán)使用性的凝膠復(fù)合相變材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的在于開發(fā)了一種有機(jī)凝膠材料，并將其作為載體吸附相變芯材，制備有機(jī)凝膠復(fù)合相變材料。根據(jù)不同的相變材料，通過對(duì)配體的選擇可有效調(diào)控凝膠與相變芯材的作用力，優(yōu)化復(fù)合相變材料的儲(chǔ)能效果，解決相變材料在相轉(zhuǎn)變過程中的泄露問題。所得有機(jī)凝膠復(fù)合相變材料具有儲(chǔ)能密度大，循環(huán)性好，價(jià)格低廉且應(yīng)用范圍廣的優(yōu)勢(shì)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:I)首先通過氨基與醛的縮合反應(yīng)制備有機(jī)濕凝膠，溶劑分子在有機(jī)濕凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，占據(jù)著濕凝膠的孔隙；2)將相變材料用溶劑溶解后，加入到上述濕凝膠中并混合均勻，將上述混合物加熱，隨著溶劑分子的揮發(fā)，相變材料慢慢浸漬到凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，從而得到有機(jī)凝膠復(fù)合相變材料。
[0006]具體制備步驟為:
[0007](I)凝膠的制備:
[0008]將醛和二胺配體加入到溶劑中配制成均相溶液，向溶液中加入一定量的I?5M的醋酸溶液，分散均勻后密封放入到40?150°C的烘箱中，保溫24-72h，冷卻后過濾并反復(fù)洗滌，得到有機(jī)濕凝膠。其中，醛:二胺配體:酸的摩爾比為:I?50:1?50:0?10。
[0009](2)共價(jià)有機(jī)凝膠復(fù)合相變材料的制備:
[0010]稱取一定量的可溶性相變材料并溶于相應(yīng)溶劑中形成相變芯材，將相變芯材加入到盛有上述濕凝膠的容器中混合均勻，將上述混合物加熱，去除溶劑使相變材料慢慢浸漬到凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，即得到有機(jī)凝膠復(fù)合相變材料?？扇苄韵嘧儾牧虾陀袡C(jī)凝膠基體的質(zhì)量比為I?100:1?100。
[0011]步驟(I)所述的醛配體包括:四臂醛，對(duì)苯二甲醛，丁二醛，己二醛等的一種或幾種。
[0012]步驟(I)所述的二胺配體包括:對(duì)苯二胺，2，5_二甲基對(duì)苯二胺，2-氟-5-甲基-1，4-苯二胺，2-硝基對(duì)苯基二胺，2-氯-5-甲基-1,4-苯二胺，2，3,5,6-四甲基-1,4-苯二胺，3,4’-二氨基二苯基甲燒，4,4’-二氨基二苯基甲燒，4,4’-二氨基二苯甲酮，4，4’-二氨基-3，3’-二甲基二苯甲烷，2，2_雙(4-氨基苯基)丙烷，4，4’_亞甲基雙(2，6_二甲基苯胺)，4-(4_氨基-2，5-二甲基芐基)-2，5-二甲基苯胺，I，1-雙(4-氨基苯基)環(huán)己烷，4，4 ’ -亞甲基雙(2-乙基-6-甲基苯胺)，4，4’_亞甲基雙(2，6_二乙基苯胺)，α，α’-雙(4-氨基苯基)-1，4_二異丙基苯，I，4_亞苯基二[[4-(4-氨基苯氧基)苯基]甲酮]等的一種或幾種。
[0013]步驟(I)和步驟(2)所述溶劑包括:無水乙醇，無水甲醇，水，二氯甲烷，三氯甲烷，四氫呋喃，乙腈，甲苯，I，4二氧六環(huán)，N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二乙基甲酰胺等其中的一種或幾種。
[0014]步驟(2)所述的可溶性相變材料包括:
[0015]多元醇類，具體包括聚乙二醇(平均分子量為1000-20000)，季戊四醇，新戊二醇等;
[0016]脂肪酸類，具體包括硬脂酸，肉豆蔻酸，棕櫚酸，癸酸，月桂酸，十五烷酸、癸二酸等;
[0017]石蠟類，具體包括石蠟-58等；聚氧乙烯醚，具體包括cl6e2 ; brij-52 ; brij-56 ;brij-58；brij-58(r)；brij(r)-52；brij(r)-56；brij(r)-58；
[0018]直鏈烷烴，具體包括正十烷，正十四烷，正十六烷，正十八烷；
[0019]結(jié)晶水和鹽類，具體包括十水碳酸鈉，十水硫酸鈉，十二水磷酸氫鈉，六水氯化鈣，三水醋酸鈉，五水硫代硫酸鈉。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:I)開發(fā)一種新型有機(jī)凝膠復(fù)合相變材料;2)所制備的復(fù)合相變材料不但可以有效避免相變芯材泄露的問題，而且芯材選材廣泛，儲(chǔ)能密度高;適合不同溫度區(qū)間儲(chǔ)能及控溫，應(yīng)用范圍廣;3)用本發(fā)明制備的復(fù)合相變材料傳熱性能優(yōu)異、循環(huán)穩(wěn)定性好、工藝簡單、適合規(guī)?；a(chǎn)。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施案例I得到Cog-4CH3干凝膠、PEG6000以及PEG6000負(fù)載量為85%的PEG6000@Cog-4CH3復(fù)合相變材料的FT-1R圖。
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)施案例I得到Cog-4CH3干凝膠、PEG6000和PEG6000負(fù)載量為85%時(shí)PEG6000@Cog-4CH3復(fù)合相變材料的XRD圖。
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)施案例I得到Cog-4CH3干凝膠、PEG6000和PEG6000負(fù)載量為85%時(shí)PEG