一種定型中高溫用復(fù)合蓄熱材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及儲(chǔ)能材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種定型中高溫用復(fù)合蓄熱材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人類(lèi)社會(huì)發(fā)展和生活所使用的能源主要來(lái)自于煤炭、石油、天然氣等不可再生礦物能源，在使用的過(guò)程中會(huì)帶來(lái)大氣、水、空氣等環(huán)境污染，給人類(lèi)社會(huì)發(fā)展和生活帶來(lái)極大的壓力。由于技術(shù)限制，構(gòu)建穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、清潔、安全的能源供應(yīng)體系面臨著重大挑戰(zhàn)。針對(duì)越來(lái)越急迫的能源危機(jī)，提高能源利用效率，可以減少對(duì)化石等一次能源的消耗，因而具有重大的意義。蓄熱技術(shù)是提高能源利用效率的一個(gè)可行方式，對(duì)熱能的儲(chǔ)存和有效利用具有重要的意義。蓄熱材料的性能是儲(chǔ)能技術(shù)的核心問(wèn)題，其性能決定了熱能利用效率的高低。目前實(shí)際應(yīng)用的蓄熱材料要求具有較高的蓄熱密度，蓄熱材料與熱交換介質(zhì)之間應(yīng)有良好的熱傳導(dǎo)性，較好的化學(xué)相容性，性能穩(wěn)定，成本低。
[0003]國(guó)內(nèi)外常用的蓄熱材料為相變材料，由于相變蓄熱材料蓄熱密度高、蓄熱裝置結(jié)構(gòu)緊湊，且吸/放熱過(guò)程近似等溫、易運(yùn)行控制和管理，因此利用相變材料進(jìn)行蓄熱是一種高效的儲(chǔ)能方式。相變材料按其工作過(guò)程中材料相態(tài)轉(zhuǎn)變的基本形式可分為固-氣、液-氣、固-固和固-液相變材料四類(lèi)。其中固-液相變材料利用物質(zhì)融化與凝固中的吸熱與放熱現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱能的存儲(chǔ)和釋放。固-液相變過(guò)程中，物質(zhì)相轉(zhuǎn)變焓較大而體積變化不大，同時(shí)其相變過(guò)程緩和且易于控制。鑒于其優(yōu)點(diǎn)，目前它已成為研究使用中最受關(guān)注的類(lèi)別。固_液相變蓄熱材料主要分為水合鹽、無(wú)機(jī)鹽、金屬或合金、部分有機(jī)物四大類(lèi)。無(wú)機(jī)鹽相變蓄熱材料通常都具有較高的相變潛熱值，且具有較高的使用溫度，有些材料的使用溫度甚至可以達(dá)到1000°C以上，尤其是堿及堿土金屬等第一主族元素的化合物，如:鹵化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽及磷酸鹽等，不僅其使用溫度較高，其相變潛熱值可高達(dá)1000KJ/Kg。此外，可以將各種無(wú)機(jī)鹽按一定比例混合制備出所需溫度的高蓄熱密度的混合鹽或共晶鹽，但此類(lèi)材料的缺點(diǎn)是熱導(dǎo)率低且具有較強(qiáng)的腐蝕性。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)無(wú)機(jī)鹽蓄熱材料進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)I(李軍，朱冬生，吳會(huì)軍，趙朝暉.一種新型吸附蓄熱復(fù)合材料的實(shí)驗(yàn)研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2004，32
[5]，63-66.)研究將氯化鈣鑲嵌到中孔的分子篩中，得到了高吸附性能的吸附蓄熱復(fù)合材料。文獻(xiàn)2(李雙雙.高溫多孔質(zhì)相變材料制備與熱管式儲(chǔ)熱器研究[D].上海交通大學(xué)，2014，碩士學(xué)位論文.)研究一種以膨潤(rùn)土為基體、混合硝酸鹽為相變材料的顆粒狀復(fù)合相變蓄熱材料，主要應(yīng)用于新型儲(chǔ)熱器中，該蓄熱材料蓄熱密度不高。文獻(xiàn)3(Randy J.Petri，Estela T Ong and Terry D Claar.High-temperature salt/ceramic thermal storagePhase-change.Proeeedings 18th IECEC Meeting，1983，ppl796_1774.)研究復(fù)合蓄熱材料的制備工藝和配方，并分析了由復(fù)合蓄熱材料組裝而成的系統(tǒng)的熱性能。文獻(xiàn)4(A.A.Jalalzadeh-azar,M.G.Steele,and G.A.Adebiyia.Performance comparison ofhigh-temperature packed bed operat1n with PCM and sensible-heat pellets[J].Engery Res.1997(21): 1039-1052.)采用熔融浸滲透方法制備了Na2SOVS12復(fù)合蓄熱材料，該蓄熱材料循環(huán)穩(wěn)定性差。
[0005]申請(qǐng)的蓄熱材料方面的專(zhuān)利，如文獻(xiàn)5(CN201110020197.1)公開(kāi)一種六水氯化鈣相變蓄能材料組合物及其制備方法，該方法制備的蓄熱材料使用不方便，也沒(méi)有解決導(dǎo)熱系數(shù)低，容易泄漏等問(wèn)題。文獻(xiàn)6(Ross;Randy US patent.N0.5685151)報(bào)導(dǎo)一種用于太陽(yáng)能的蓄熱材料，該材料的主要成分是氯化鈉，其盛裝容器為特種不銹鋼材料，價(jià)格昂貴。文獻(xiàn)7 (CN201210018441.5)公布了一種高溫復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料及其制備方法，該材料由無(wú)機(jī)鹽、陶瓷基和高導(dǎo)熱材料通過(guò)共燒方法制備，該方法制備工藝簡(jiǎn)單，導(dǎo)熱性好，但是易發(fā)生泄漏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題提供了一種儲(chǔ)熱密度高，導(dǎo)熱性能好及熱穩(wěn)定性好的定型中高溫用復(fù)合蓄熱材料的制備方法。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為:
[0008]1.一種定型中高溫用復(fù)合蓄熱材料的制備方法，包括以下步驟:
[0009]I)將蛭石在1300°C的溫度下處理20min，冷卻后與相變材料按照質(zhì)量比為1:10混合，所述相變材料 ￠40.0% ?60.0wt % 的 MgCl2，20.4 ?30.4wt % 的 KCl 和 19.6?29.6wt %的NaCl組成，相變材料之和為100% ;
[0010]2)將上述混合物在400°C，負(fù)壓為_(kāi)15kPa的條件下保溫6h，制備出復(fù)合相變材料，然后將復(fù)合相變材料機(jī)械破碎至40目，添加改性碳纖維后機(jī)械混合24h，所述改性碳纖維占復(fù)合相變材料總質(zhì)量的2%?8% ；
[0011]3)滴加高溫粘結(jié)劑并在10?20MPa的壓力下壓制成型，最后在300 °C的溫度下保溫30min進(jìn)行固化即得所述定型中高溫用復(fù)合蓄熱材料。
[0012]上述方案中，所述輕石的粒徑為O?5mm。
[0013]上述方案中，所述改性碳纖維的制備工藝為:
[0014]I)去膠:首先將5g碳纖維在馬弗爐中450°C灼燒20min表面去膠；
[0015]2)粗化:將去膠后的碳纖維添加到10mL濃度為0.5的％的十二烷基硫酸鈉溶液中，超聲15min進(jìn)行分散，過(guò)濾后用10mL粗化液在75°C環(huán)境中粗化20min，其中每升粗化液中含有225mL的98wt%的硫酸及300g的鉻酐；
[0016]3)敏化和活化:量取37wt %的濃鹽酸54mL及水46mL配成溶液，放入45 °C的水浴中保溫，然后稱量5.5g氯化亞錫倒入溶液中，將處理后的碳纖維放入溶液中并不斷攪拌，再加入0.05gAgN03，保溫1min，然后取出用蒸饋水洗凈；
[0017]4)解膠:取15mL 98wt%硫酸，2.5mL 37的％鹽酸及水10mL配成解膠液，將解膠液放入45 V水浴中保溫，然后將碳纖維放入溶液中浸泡2min;
[0018]5)鍍銅:將處理后的碳纖維放入10mL鍍液中，在溫度85°C，pH9.5條件下磁力攪拌Ih，即得所述改性碳纖維，所述鍍液的組成為7g/L五水合硫酸銅，1.0g/L六水合硫酸鎳，15g/L檸檬酸及50g/L硼酸。
[0019]上述方案中，所述改性碳纖維的直徑為8μηι，長(zhǎng)度為3mm。
[0020]上述方案中，所述高溫粘結(jié)劑為磷酸鋁或者磷酸二氫鋁，所述高溫粘結(jié)劑占復(fù)合相變材料總質(zhì)量的I %。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:采用磷酸鋁或者磷酸二氫鋁作為高溫粘接劑，使得復(fù)合蓄熱材料固化定型后具有一定強(qiáng)度，不易發(fā)生形變。其次，該材料具備了不易發(fā)生泄漏，蓄熱密度高，導(dǎo)熱性好等優(yōu)點(diǎn)，可用在太陽(yáng)能、工業(yè)余熱回收等應(yīng)用領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為蛭石的SEM圖。
[0023]從圖1可以看出蛭石的層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間存在很多空隙，這種結(jié)構(gòu)形態(tài)使蛭石具有很好的吸附能力。
[0024]圖2為實(shí)施例1中復(fù)合蓄熱材料的SEM圖。
[0025]從圖2可以看到，蛭石吸附無(wú)機(jī)鹽后，仍保有其特殊的層狀結(jié)構(gòu)，且無(wú)機(jī)鹽能很好地吸附在蛭石層狀結(jié)構(gòu)之間。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面舉出幾個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，而不是限定本發(fā)明。
[0027]實(shí)施例1
[0028]本實(shí)施例提供一種定型中高溫用復(fù)合蓄熱材料的制備方法，包括以下步驟:
[0029]I)將蛭石在1300°C的溫度下處理20min，冷卻后與相變材料按照質(zhì)量比為1:10混合，所述相變材料由40.0wt %的MgCh，30.4wt %的KCl和29.6wt %的NaCl組成；
[0030]2)將上述混合物在400°C，負(fù)壓為_(kāi)15kPa的條件下保溫6h，制備出復(fù)合相變材料，然后將復(fù)合相變材料機(jī)械破碎至40目，添加改性