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一种粉煤灰基复合相变储热材料及其制备方法
申请号	CN201710933608.3	申请日	2017-10-10	公开(公告)号	CN107502301A	公开(公告)日	2017-12-22
申请人	汪逸凡;			发明人	汪逸凡; 王之霖; 史玉兰;
摘要	本发明涉及一种粉煤灰基复合相变储热材料及其制备方法，属于储能材料技术领域。本发明通过对可膨胀石墨进行处理，扩大其层间距和比表面积，并利用超声剥离法剥离成纳米薄皮，再通过对粉煤灰高温膨胀处理后再用稀酸改性，增大粉煤灰比表面积，提高粉煤灰吸附性和分散性，利用膨胀石墨片在改性粉煤灰的高孔隙中形成导热网络，能够将相变材料储存的能量更快地传递，强化传热效果，且肉豆蔻酸、硬脂酸、聚乙二醇作为三元相变基材，均匀的嵌入改性粉煤灰的多孔结构中，热稳定性好，储热性能优异，本发明制备的复合相变储能材料所使用的粉煤灰可废物利用，降低对环境的污染，并有望在建筑保温材料和太阳能利用等领域得到实际应用。
权利要求	1.一种粉煤灰基复合相变储热材料，其特征在于，所述相变储热材料以膨胀石墨片和改性粉煤灰为支撑材料，以肉豆蔻酸、硬脂酸、聚乙二醇作为三元相变基材。 2.如权利要求1所述的一种粉煤灰基复合相变储热材料，其特征在于，所述各原料的重量份为1～2份膨胀石墨片，12～24份改性粉煤灰，20～25份肉豆蔻酸，20～25份硬脂酸，20～25份聚乙二醇。 3.如权利要求1所述的一种粉煤灰基复合相变储热材料，其特征在于，所述膨胀石墨片为可膨胀石墨研磨过筛干燥后加热至850～950℃保温反应30～40s，再超声分散在乙醇溶液中5～8h，过滤醇洗干燥，得膨胀石墨片。 4.如权利要求1所述的一种粉煤灰基复合相变储热材料，其特征在于，所述改性粉煤灰为经600～650℃焙烧2～3h的粉煤灰用柠檬酸浸泡处理后过滤、水洗、干燥、研磨、过400目筛制得。 5.如权利要求4所述的一种粉煤灰基复合相变储热材料，其特征在于，所述柠檬酸质量分数为1%，所述浸泡处理为浸泡在柠檬酸溶液中在50～60℃下搅拌2～3h。 6.如权利要求1～5任意一项所述的一种粉煤灰基复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为： S1.将可膨胀石墨研磨过筛干燥后加热至850～950℃保温反应30～40s，再超声分散在乙醇溶液中5～8h，过滤醇洗干燥，得膨胀石墨片； S2.将粉煤灰加热至600～650℃焙烧2～3h后浸泡在柠檬酸溶液中，在50～60℃下搅拌 2～3h后过滤、水洗、干燥、研磨、过400目筛，得改性粉煤灰； S3.取膨胀石墨片、改性粉煤灰、肉豆蔻酸、硬脂酸、聚乙二醇，以5℃/min加热至60～70℃，并在真空度为60～80kPa下，以150W超声功率，40kHz 频率协同吸附20～30min，继续以5℃/min加热至80～90℃，继续吸附20～30min，冷却至室温后得粉煤灰基复合相变储热材料。
说明书全文	一种粉煤灰基复合相变储热材料及其制备方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种粉煤灰基复合相变储热材料及其制备方法，属于储能材料技术领域。背景技术 [0002] 能源是人类生存和发展的基础。以化石燃料为主的能源供给体系带来的能源危机和环境恶化等问题已经倍受人们关注，开发利用可再生能源、节能减排及提高能源利用率已成为世界各国缓解能源供需矛盾、减轻环境污染、调整能源结构和转变经济增长方式的重要途径。在太阳能、风能、生物质、潮汐能等可再生能源中，太阳能因其储量的无限性、存在的普遍性、利用的清洁性和开发的经济性成为最重要的可再生能源。 [0003] 由于太阳辐射能量密度低、辐射强度不断变化，导致其在开发、转换、运输和利用过程中，在供需间存在着数量上、形态上和时间上的差异，具有显著的不稳定性、季节性和间歇性。因此，稳定、可靠、高效的储能技术不仅是太阳能热利用系统的关键和核心，也是解决能量供求在时间和空间上不匹配性的关键。在开发利用可再生能源的同时，提高现有能源的利用率是缓解能源危机的另一重要途径。在整个能量消费结构中，绝大部分的能量是通过热能的形式或者由热能转换成其他形式的能量后再加以利用的。因此，提高热能的利用效率、实现热能的循环利用是提高能源利用率的必然途径。当前热能利用的突出浪费是“降级使用”，即利用化石燃料直接产生热能后用于生产和生活，该利用方式存在大量低温余热的浪费。因此，寻求低成木、高效的低温热能存储方法，不仅可提高能源利用率，解决能量供需间的矛盾，而且可实现节能减排的目的。可见，储热技术是提高能源利用率和保护环境的有效手段。 [0004] 因此，从国民经济和社会发展的需求看，有关热能利用与存储技术的研究有利于推动热能更广范围、更高层次的综合利用，有利于实现节能减排和低碳经济的目标。具有热能储存和温度调控功能的物质称为相变材料。理论上，任何物质都可以作为相变储能材料，因此相变材料数量庞大，种类繁多。但目前市售的相变储能材料热稳定性差，储热性能弱，还需对其进一步研究。发明内容 [0005] 本发明所要解决的技术问题：针对热稳定性差，储热性能弱的问题，提供了一种粉煤灰基复合相变储热材料及其制备方法。 [0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种粉煤灰基复合相变储热材料，其特征在于，所述相变储热材料以膨胀石墨片和改性粉煤灰为支撑材料，以肉豆蔻酸、硬脂酸、聚乙二醇作为三元相变基材。 [0007] 所述各原料的重量份为1～2份膨胀石墨片，12～24份改性粉煤灰，20～25份肉豆蔻酸，20～25份硬脂酸，20～25份聚乙二醇。 [0008] 所述膨胀石墨片为可膨胀石墨研磨过筛干燥后加热至850～950℃保温反应30～40s，再超声分散在乙醇溶液中5～8h，过滤醇洗干燥，得膨胀石墨片。 [0009] 所述改性粉煤灰为经600～650℃焙烧2～3h的粉煤灰用柠檬酸浸泡处理后过滤、水洗、干燥、研磨、过400目筛制得。 [0010] 所述柠檬酸质量分数为1%，所述浸泡处理为浸泡在柠檬酸溶液中在50～60℃下搅拌2～3h。 [0011] 具体步骤为：S1.将可膨胀石墨研磨过筛干燥后加热至850～950℃保温反应30～40s，再超声分散在乙醇溶液中5～8h，过滤醇洗干燥，得膨胀石墨片； S2.将粉煤灰加热至600～650℃焙烧2～3h后浸泡在柠檬酸溶液中，在50～60℃下搅拌 2～3h后过滤、水洗、干燥、研磨、过400目筛，得改性粉煤灰； S3.取膨胀石墨片、改性粉煤灰、肉豆蔻酸、硬脂酸、聚乙二醇，以5℃/min加热至60～70℃，并在真空度为60～80kPa下，以150W超声功率，40kHz 频率协同吸附20～30min，继续以5℃/min加热至80～90℃，继续吸附20～30min，冷却至室温后得粉煤灰基复合相变储热材料。 [0012] 本发明与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本发明通过对可膨胀石墨进行处理，扩大其层间距和比表面积，并利用超声剥离法剥离成纳米薄皮，再通过对粉煤灰高温膨胀处理后再用稀酸改性，增大粉煤灰比表面积，提高粉煤灰吸附性和分散性，利用膨胀石墨片在改性粉煤灰的高孔隙中形成导热网络，能够将相变材料储存的能量更快地传递，强化传热效果，且肉豆蔻酸、硬脂酸、聚乙二醇作为三元相变基材，均匀的嵌入改性粉煤灰的多孔结构中，热稳定性好，储热性能优异；（2）本发明制备的复合相变储能材料所使用的粉煤灰来源于城市发电所产生的固体废弃物，可废物利用，降低对环境的污染，并有望在建筑保温材料和太阳能利用等领域得到实际应用。具体实施方式 [0013] 取2～3g可膨胀石墨装入研钵中研磨，过60目筛，将过筛后的可膨胀石墨粉末置于干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，再转入马弗炉中，加热至850～950℃，保温反应30～40s，冷却至室温后加入质量分数为75%乙醇溶液中，以180～240r/min搅拌20～30min，再转入超声分散仪中超声处理5～8h后，过滤得滤渣，用无水乙醇洗涤滤渣2～3次后置于真空干燥箱中，在105～110℃下至恒重，得膨胀石墨片，取100～200g粉煤灰，装入马弗炉中，加热至600～650℃焙烧2～3h，冷却至室温后加入500～1000g质量分数为1%柠檬酸溶液中，在50～60℃下搅拌2～3h，过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性后转入真空干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，再转入研钵中研磨，过400目筛，得改性粉煤灰，取1～2g膨胀石墨片，12～24g改性粉煤灰，20～25g肉豆蔻酸，20～25g硬脂酸，20～25g聚乙二醇，以 5℃/min加热至60～70℃，并在真空度为60～80kPa下，以150W超声功率，40kHz频率协同吸附20～30min，继续以5℃/min加热至80～90℃，继续吸附20～30min，冷却至室温后得粉煤灰基复合相变储热材料。 [0014] 实例1取2g可膨胀石墨装入研钵中研磨，过60目筛，将过筛后的可膨胀石墨粉末置于干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，再转入马弗炉中，加热至850℃，保温反应30s，冷却至室温后加入质量分数为75%乙醇溶液中，以180r/min搅拌20min，再转入超声分散仪中超声处理5h后，过滤得滤渣，用无水乙醇洗涤滤渣2次后置于真空干燥箱中，在105℃下至恒重，得膨胀石墨片，取100g粉煤灰，装入马弗炉中，加热至600℃焙烧2h，冷却至室温后加入500g质量分数为 1%柠檬酸溶液中，在50℃下搅拌2h，过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性后转入真空干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，再转入研钵中研磨，过400目筛，得改性粉煤灰，取 1g膨胀石墨片，12g改性粉煤灰，20g肉豆蔻酸，20g硬脂酸，20g聚乙二醇，以5℃/min加热至 60℃，并在真空度为60kPa下，以150W超声功率，40kHz频率协同吸附20min，继续以5℃/min加热至80℃，继续吸附20min，冷却至室温后得粉煤灰基复合相变储热材料。 [0015] 实例2取2.5g可膨胀石墨装入研钵中研磨，过60目筛，将过筛后的可膨胀石墨粉末置于干燥箱中，在107℃下干燥至恒重，再转入马弗炉中，加热至900℃，保温反应35s，冷却至室温后加入质量分数为75%乙醇溶液中，以210r/min搅拌25min，再转入超声分散仪中超声处理6h后，过滤得滤渣，用无水乙醇洗涤滤渣2次后置于真空干燥箱中，在107℃下至恒重，得膨胀石墨片，取150g粉煤灰，装入马弗炉中，加热至625℃焙烧2h，冷却至室温后加入750g质量分数为1%柠檬酸溶液中，在55℃下搅拌2h，过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性后转入真空干燥箱中，在107℃下干燥至恒重，再转入研钵中研磨，过400目筛，得改性粉煤灰，取1g膨胀石墨片，18g改性粉煤灰，22g肉豆蔻酸，22g硬脂酸，22g聚乙二醇，以5℃/min加热至65℃，并在真空度为70kPa下，以150W超声功率，40kHz频率协同吸附25min，继续以5℃/min加热至85℃，继续吸附25min，冷却至室温后得粉煤灰基复合相变储热材料。 [0016] 实例3取3g可膨胀石墨装入研钵中研磨，过60目筛，将过筛后的可膨胀石墨粉末置于干燥箱中，在110℃下干燥至恒重，再转入马弗炉中，加热至950℃，保温反应40s，冷却至室温后加入质量分数为75%乙醇溶液中，以240r/min搅拌30min，再转入超声分散仪中超声处理8h后，过滤得滤渣，用无水乙醇洗涤滤渣3次后置于真空干燥箱中，在110℃下至恒重，得膨胀石墨片，取200g粉煤灰，装入马弗炉中，加热至650℃焙烧3h，冷却至室温后加入1000g质量分数为1%柠檬酸溶液中，在60℃下搅拌3h，过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性后转入真空干燥箱中，在110℃下干燥至恒重，再转入研钵中研磨，过400目筛，得改性粉煤灰，取2g膨胀石墨片， 24g改性粉煤灰， 25g肉豆蔻酸，25g硬脂酸，25g聚乙二醇，以5℃/min加热至70℃，并在真空度为80kPa下，以150W超声功率，40kHz频率协同吸附30min，继续以5℃/min加热至90℃，继续吸附30min，冷却至室温后得粉煤灰基复合相变储热材料。 [0017] 将制备得的粉煤灰基复合相变储热材料及黑龙江某公司生产的储热材料进行检测，具体检测如下：（1）储热性能测试相变材料的储热/放热性能曲线、通过切线法获得的熔融时间和凝固时间。熔融时间分别为580s和600s，凝固时间分别为940s和620s，这表明SA/PMMA的储热能力完全来自于其芯材SA，具有优异的储热能力。在储放热过程中，SA和SA/PMMA的融化时间较凝固时间短的主要原因是储、放热过程中热、冷源温度不同而导致相变材料与冷热介质间温度差存在差异而导致的。 [0018] （2）稳定性测试性能优良的相变材料不仅应有良好的储热能力，而且还应具有良好的热稳定性和化学结构稳定性，即在经历若干次冷热循环(储热-放热)循环后，其热性能(相变潜热、相变温度)不发生或发生微小的变化，其化学结构应不发生降解或其他反应。表1为SA/PMMA在经历 500次加速冷热循环前、后的DSC曲线，DSC曲线反映的相关参数。 [0019] 具体测试结果如表1。 [0020] 表1粉煤灰基复合相变储热材料性能表征由表1可知，本发明制得的一种粉煤灰基复合相变储热材料，热稳定性好，储热性能优异。本发明制备的复合相变储能材料所使用的粉煤灰来源于城市发电所产生的固体废弃物，可废物利用，降低对环境的污染，并有望在建筑保温材料和太阳能利用等领域得到实际应用。

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