一種制備復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及相變儲(chǔ)能材料，特指一種制備復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的方法。其特征在于首先將天然鱗片石墨經(jīng)氧化插層工藝制備膨脹石墨，然后用膨脹石墨與乳糖在400～800度氮?dú)鉅t內(nèi)炭化2～4h，得到支撐材料，再將其與月桂酸共混在溫度為40～60度，攪拌速率在400～500rpm條件下攪拌1～3h，過(guò)濾烘干得到復(fù)合相變材料。本發(fā)明制備得到了一種新型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料，方法簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，熱導(dǎo)率高，為建筑業(yè)提供了一種優(yōu)質(zhì)相變材料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種制備復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及相變儲(chǔ)能材料，特指一種制備復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 相變儲(chǔ)能材料具有貯熱密度高、設(shè)備體積小、熱效率高以及吸放熱為恒溫過(guò)程等 優(yōu)點(diǎn)，它被廣泛的應(yīng)用在建筑，太陽(yáng)能，電子元件散熱，熱量控制等方面。目前已被運(yùn)用的相 變材料有一些脂肪酸、石蠟類(lèi)、硫酸鈉水合鹽、氯化鈣水合鹽等，它們屬于固-液相變材料， 另外還有多元醇，鈣鈦礦等的固-固相變材料。但是，所有的相變儲(chǔ)熱材料都存在熱導(dǎo)率低 的問(wèn)題，影響傳熱速率導(dǎo)致難以應(yīng)用到工業(yè)中，同時(shí)，固-液相變的材料也會(huì)產(chǎn)生泄露，造成 污染。
[0003] 現(xiàn)有的提高相變儲(chǔ)熱材料導(dǎo)熱性能的方法主要集中于在傳統(tǒng)相變材料中用膨脹 石墨等一些多孔材料作為基體吸附相變材料，以提高復(fù)合相變材料的當(dāng)量熱導(dǎo)率。例如， San等人制備了一種定形石蠟(正十八烷)/膨脹石墨復(fù)合相變材料，膨脹石墨含量為10% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，石蠟在相變時(shí)無(wú)液體泄漏發(fā)生，其熔融溫度為40.2°C，相變潛熱可達(dá) 178.3 J/g，該復(fù)合相變材料可無(wú)需容器封裝直接使用，然而，通過(guò)這種方法提高了熱導(dǎo)率但 是同時(shí)增加新的問(wèn)題：比表面積低，穩(wěn)定性差，循環(huán)利用率低。另外用活性炭作為基體材料 吸附相變材料，活性炭作為一種比表面積大的材料，增強(qiáng)了基體材料的表面利用率。例如， Tumirah用活性炭納米復(fù)合材料使用一步浸漬方法成功的合成了活性炭-正十八烷復(fù)合相 變材料。活性炭(AC)用作無(wú)機(jī)骨架材料，活性炭帶有優(yōu)良的吸附能力，和正十八烷用作相變 材料(PCM)熱能存儲(chǔ)。質(zhì)量負(fù)載百分比PCM納米復(fù)合材料中相變材料的含量為42.5wt %，但 是這樣也帶來(lái)了新問(wèn)題，活性炭的孔容量很小，吸附的相變材料的量很少，相變潛熱低，難 以應(yīng)用于工業(yè)中；因此，需要一種高比表面積，高孔容量，穩(wěn)定性好的材料作為支撐材料，以 大規(guī)模應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有復(fù)合相變材料的不足之處，本發(fā)明提出將具有高比表面積，高孔容量的 炭炭復(fù)合材料應(yīng)用到復(fù)合相變材料中，本發(fā)明的目的是提出一種新型復(fù)合相變材料。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為:將天然鱗片石墨(60目）經(jīng)水洗、除塵、烘干、酸化后，再進(jìn)行 氧化處理，將氧化處理好的天然鱗片石墨與硫酸、雙氧水、硝酸、重鉻酸鉀按照質(zhì)量比為1: 3:0.1:0.5:0.1的比例混合攪拌后放入40°C恒溫水浴中氧化插層一個(gè)小時(shí)后，再按照初始 加入的天然鱗片石墨與硝酸質(zhì)量比為1:0.9的比例加入硝酸進(jìn)行二次插層，繼續(xù)反應(yīng)半小 時(shí)后，水洗烘干，得到可膨脹石墨;最后將可膨脹石墨放入900°C的電阻加熱爐中瞬時(shí)膨脹 30s，得到膨脹石墨。
[0006] 將膨脹石墨(EG)浸漬到磷酸與乳糖混合溶液中，浸漬比為0.9,溶液中的混合物 (乳糖和磷酸）的質(zhì)量百分濃度為30%，混合物中乳糖和磷酸質(zhì)量比為0.6~1.2,常溫下攪 拌4h，制得EG懸浮溶液;EG懸浮溶液過(guò)濾烘干，放入氮?dú)夤苁綘t中炭化，400~800 °C保溫2~ 4h;將產(chǎn)物煮沸蒸發(fā)除去磷酸根離子，月桂酸與產(chǎn)物炭炭復(fù)合材料按照1:2-4的質(zhì)量比共 混，然后在40~60°C溫度和400~500rpm攪拌速率下攪拌1~3h;最后烘干。
[0007] 其中，磷酸活化所得炭炭復(fù)合材料的孔主要是由活化后強(qiáng)力水洗脫除殘留的磷酸 根或磷酸長(zhǎng)鏈分子后形成的；因此當(dāng)乳糖和磷酸的質(zhì)量比對(duì)應(yīng)著磷酸所占據(jù)的空間，不能 過(guò)低。也不能過(guò)高，所述乳糖與磷酸質(zhì)量比為0.6~1.2。
[0008] 其中，材料的比表面積和孔結(jié)構(gòu)在活化溫度低于300°C時(shí)基本不發(fā)生變化，所述氮 氣管式爐中炭化溫度400~800 °C。
[0009] 其中，氮?dú)夤苁綘t中保溫時(shí)間在2~4h，保溫時(shí)間的改變會(huì)導(dǎo)致炭炭材料孔結(jié)構(gòu)的 改變，影響孔容量大小。
[0010] 其中，所述產(chǎn)物為炭炭復(fù)合材料，將所述產(chǎn)物和月桂酸共混，月桂酸與炭炭復(fù)合材 料按質(zhì)量比1:2~4混合，混合比例不同，復(fù)合相變材料潛熱值不同。
[0011]其中，所述攪拌溫度，攪拌速率和攪拌時(shí)間影響復(fù)合相變材料中相變材料是否易 泄露。
[0012] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0013] 本發(fā)明所提供的以炭炭復(fù)合材料作為支撐材料的復(fù)合相變材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0014] 1.熱導(dǎo)率高。炭炭復(fù)合材料中活性炭和膨脹石墨的熱導(dǎo)率都要比普通的材料高， 炭炭復(fù)合材料本身熱導(dǎo)率比膨脹石墨更高，所以本發(fā)明提供的復(fù)合相變材料能夠克服相變 材料熱導(dǎo)率低的問(wèn)題。
[0015] 2儲(chǔ)存量高?；钚蕴侩m然比表面積高，吸附力強(qiáng)，但是孔容量小，能吸附的相變材 料有限，而膨脹石墨雖然孔容量高，但是比表面積低，穩(wěn)定性差，本發(fā)明提出的炭炭復(fù)合材 料兼顧了膨脹石墨和活性炭的優(yōu)點(diǎn)，具有高比表面積，高孔容量和良好的穩(wěn)定性，復(fù)合相變 材料的相變潛熱比較高。
[0016] 3存儲(chǔ)性好。炭炭復(fù)合材料的吸附力強(qiáng)，存儲(chǔ)相變材料牢，不易發(fā)生泄漏。
[0017] 本發(fā)明制備得到了一種新型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料，方法簡(jiǎn)單，熱導(dǎo)率高，為建筑業(yè)提 供了 一種優(yōu)質(zhì)相變材料。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為炭炭復(fù)合材料的SEM圖，比表面積為780m2/g。
[0019] 圖2為實(shí)施例1所制得的復(fù)合相變材料的SEM圖，月桂酸被吸附到了炭炭復(fù)合材料 表面。
[0020] 圖3為實(shí)施例1所制得的復(fù)合相變材料的潛熱數(shù)據(jù)示意圖。
[0021 ]表1為實(shí)施例所制得的復(fù)合相變材料的潛熱數(shù)據(jù)表。
[0022]表2為實(shí)施例所制得的復(fù)合相變材料的熱導(dǎo)率表。
【具體實(shí)施方式】 [0023] 具體實(shí)施例1:
[0024]將天然鱗片石墨(60目）經(jīng)水洗、除塵、烘干、酸化后，再進(jìn)行氧化處理，將氧化處理 好的天然鱗片石墨與硫酸、雙氧水、硝酸、重鉻酸鉀按照質(zhì)量比為1: 3:0.1:0.5:0.1的比例 混合攪拌后放入40 °C恒溫水浴中氧化插層一個(gè)小時(shí)后，再按照初始加入的天然鱗片石墨與 硝酸按照質(zhì)量比1:0.9的比例加入硝酸進(jìn)行二次插層，繼續(xù)反應(yīng)半小時(shí)后，水洗烘干，得到 可膨脹石墨，最后將可膨脹石墨放入900 °C的電阻加熱爐中瞬時(shí)膨脹30s，得到膨脹石墨;稱(chēng) 取〇.3g的膨脹石墨(EG)浸漬到乳糖與磷酸混合溶液中攪拌4h，混合溶液濃度為30%，其中 乳糖與磷酸質(zhì)量比為〇. 6，制得EG懸浮溶液;EG懸浮溶液過(guò)濾烘干，放入氮?dú)夤苁綘t中炭化， 600度保溫3h;將產(chǎn)物煮沸蒸發(fā)數(shù)次出去磷酸根離子，月桂酸與烘干后產(chǎn)物按照1:2的質(zhì)量 比共混，在40度溫度下，400rpm速率下攪拌2h;最后烘干，樣品記為PCM1。
[0025] 具體實(shí)施例2:
[0026]將天然鱗片石墨(60目）經(jīng)水洗、除塵、烘干、酸化后，再進(jìn)行氧化處理，將氧化處理 好的天然鱗片石墨與硫酸、雙氧水、硝酸、重鉻酸鉀按照質(zhì)量比1: 3:0.1:0.5:0.1的比例混 合攪拌后放入40°C恒溫水浴中氧化插層一個(gè)小時(shí)后，再按照初始加入的天然鱗片石墨與 硝酸按照質(zhì)量比為1:0.9的比例加入硝酸進(jìn)行二次插層，繼續(xù)反應(yīng)半小時(shí)后，水洗烘干，得 到可膨脹石墨，最后將可膨脹石墨放入900 °C的電阻加熱爐中瞬時(shí)膨脹30s，得到膨脹石墨； 稱(chēng)取〇.3g的膨脹石墨(EG)浸漬到乳糖與磷酸混合溶液中攪拌4h，混合溶液濃度為30%，其 中乳糖與磷酸質(zhì)量比為0.9,制得EG懸浮溶液;EG懸浮溶液過(guò)濾烘干，放入氮?dú)夤苁綘t中炭 化，400度保溫2h;將產(chǎn)物煮沸蒸發(fā)數(shù)次出去磷酸根離子，月桂酸與烘干后產(chǎn)物按照1:3的質(zhì) 量比共混，在60度溫度下，500rpm速率下攪拌lh;最后烘干，樣品記為PCM2。
[0027] 具體實(shí)施例3:
[0028]將天然鱗片石墨(60目）經(jīng)水洗、除塵、烘干、酸化后，再進(jìn)行氧化處理，將氧化處理 好的天然鱗片石墨與硫酸、雙氧水、硝酸、重鉻酸鉀按照質(zhì)量比1: 3:0.1:0.5:0.1的比例混 合攪拌后放入40°C恒溫水浴中氧化插層一個(gè)小時(shí)后，再按照初始加入的天然鱗片石墨與硝 酸按照質(zhì)量比為1:0.9的比例加入硝酸進(jìn)行二次插層，繼續(xù)反應(yīng)半小時(shí)后，水洗烘干，得到 可膨脹石墨。最后將可膨脹石墨放入900 °C的電阻加熱爐中瞬時(shí)膨脹30s，得到膨脹石墨;稱(chēng) 取〇.3g的膨脹石墨(EG)浸漬到乳糖與磷酸混合溶液中攪拌4h，混合溶液濃度為30%，其中 乳糖與磷酸質(zhì)量比為1.2，制得EG懸浮溶液;EG懸浮溶液過(guò)濾烘干，放入氮?dú)夤苁綘t中炭化， 800度保溫4h;將產(chǎn)物煮沸蒸發(fā)數(shù)次出去磷酸根離子，月桂酸與烘干后產(chǎn)物按照1:4的質(zhì)量 比共混，在50度溫度下，450rpm速率下攪拌3h;最后烘干，樣品記為PCM3。
[0029] 表1為實(shí)施例所制得的復(fù)合相變材料的潛熱數(shù)據(jù)表
[0030]
[0031] 表1表明當(dāng)月桂酸和炭炭復(fù)合材料的質(zhì)量比為1:2時(shí)，對(duì)比月桂酸和活性炭組成的 復(fù)合材料潛熱增大，復(fù)合相變材料融化相變溫度為46.20°C，相變潛熱為90.72kJ/kg，凝固 相變溫度為42.06°(：，相變潛熱為92.591〇/1^。
[0032]表2為實(shí)施例所制得的復(fù)合相變材料的熱導(dǎo)率表
[0034]表2表明炭炭復(fù)合材料的加入使相變材料的熱導(dǎo)率增大。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種制備復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的方法，其特征在于:將膨脹石墨(EG)浸漬到磷酸與乳 糖混合溶液中，攪拌均勻得到EG懸浮溶液，EG懸浮溶液過(guò)濾烘干，放入氮?dú)夤苁綘t中炭化， 400~800°C保溫2~4h;將產(chǎn)物煮沸蒸發(fā)除去磷酸根離子，月桂酸與產(chǎn)物炭炭復(fù)合材料按照 1: 2-4的質(zhì)量比共混，然后在40~60°C溫度和400~500rpm攪拌速率下攪拌1~3h;最后烘 干。2. 如權(quán)利要求1所述的一種制備復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的方法，其特征在于:浸漬比為0.9， 溶液中的混合物乳糖和磷酸的質(zhì)量百分濃度為30%，混合物中乳糖和磷酸質(zhì)量比為0.6~ 1.2，常溫下攪拌4h，制得EG懸浮溶液。3. 如權(quán)利要求1所述的一種制備復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的方法，其特征在于:所述月桂酸與 產(chǎn)物炭炭復(fù)合材料按照1: 2的質(zhì)量比共混，當(dāng)月桂酸和炭炭復(fù)合材料的質(zhì)量比為1: 2時(shí)，復(fù) 合相變材料融化相變溫度為46.20°C，相變潛熱為90.72kJ/kg，凝固相變溫度為42.06°C，相 變潛熱為92.59kJ/kg。4. 如權(quán)利要求1所述的一種制備復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的方法，其特征在于所述膨脹石墨 的制備方法為:將天然鱗片石墨(60目）經(jīng)水洗、除塵、烘干、酸化后，再進(jìn)行氧化處理，將氧 化處理好的天然鱗片石墨與硫酸、雙氧水、硝酸、重鉻酸鉀按照質(zhì)量比為1:3:0.1:0.5:0.1 的比例混合攪拌后放入40°C恒溫水浴中氧化插層一個(gè)小時(shí)后，再按照初始加入的天然鱗片 石墨與硝酸質(zhì)量比為1:0.9的比例加入硝酸進(jìn)行二次插層，繼續(xù)反應(yīng)半小時(shí)后，水洗烘干， 得到可膨脹石墨;最后將可膨脹石墨放入900°C的電阻加熱爐中瞬時(shí)膨脹30s，得到膨脹石 墨。
【文檔編號(hào)】C09K5/06GK105885802SQ201610112151
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年2月29日
【發(fā)明人】付猛, 劉鵬, 潘翔, 王世穎, 陳智棟, 陳志剛
【申請(qǐng)人】常州大學(xué)