本發(fā)明涉及一種可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱儲(chǔ)熱材料及其制備方法，用于通過(guò)正逆化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)存太陽(yáng)能，屬于太陽(yáng)能化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著化石能源的不斷消耗，資源短缺與環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，人們對(duì)太陽(yáng)能的需求越來(lái)越強(qiáng)烈?；瘜W(xué)儲(chǔ)熱主要用于太陽(yáng)能的提質(zhì)和運(yùn)輸，由于其具有可跨越時(shí)間、空間的特殊功能，能滿足間斷性太陽(yáng)能儲(chǔ)熱的要求，使其在太陽(yáng)能儲(chǔ)熱中起著重要的作用。

現(xiàn)階段太陽(yáng)能化學(xué)儲(chǔ)熱一般采用氫氧化鈣分解為氧化鈣和水的正逆反應(yīng)。氫氧化鈣吸收熱量，正向分解生成氧化鈣和水；氧化鈣與水反應(yīng)，放出熱量，生成氫氧化鈣。氧化鈣與水的反應(yīng)性能是氧化鈣/水化學(xué)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。在實(shí)際使用中，期望氧化鈣能在水合/煅燒循環(huán)中保持較高反應(yīng)活性，具有良好的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)特性、穩(wěn)定的循環(huán)水合轉(zhuǎn)化率。但幾乎所有鈣基反應(yīng)物的相關(guān)研究均表明，鈣基反應(yīng)物存在活性衰退問(wèn)題，即水合反應(yīng)轉(zhuǎn)化率在多次水合/煅燒循環(huán)之后出現(xiàn)強(qiáng)烈衰退。隨著循環(huán)次數(shù)增加，氧化鈣水合轉(zhuǎn)化率可從初始的80％以上降低至第50次循環(huán)后的7-8％。且氧化鈣的導(dǎo)熱性極差，導(dǎo)熱率僅有石墨的十二萬(wàn)分之一，非常不利于整體系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，開(kāi)發(fā)一種可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有鈣基反應(yīng)物水合反應(yīng)轉(zhuǎn)化率在多次水合/煅燒循環(huán)之后出現(xiàn)強(qiáng)烈衰退的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料及其制備方法。

一種可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料由酚醛樹(shù)脂、六亞甲基四胺、乙醇，納米碳酸鈣，聚氨酯泡沫制成，其中納米碳酸鈣與酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為1-7:10，酚醛樹(shù)脂、六亞甲基四胺與乙醇的質(zhì)量比為(20-30):(1-5):(50-90)，納米碳酸鈣與聚氨酯泡沫的體積比為(1-7):(8-10)。

該制備方法如下：

一、將酚醛樹(shù)脂、六亞甲基四胺與乙醇按照質(zhì)量比為(20-30):(1-5):(50-90)的比例混合，然后加入納米碳酸鈣和酚醛樹(shù)脂，納米碳酸鈣與酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為1-7:10，攪拌5min-30min，使納米碳酸鈣均勻分散，得到混合溶液；

二、將聚氨酯泡沫浸入混合溶液30分鐘，納米碳酸鈣與聚氨酯泡沫的體積比為(1-7):(8-10)；

三、然后在120℃-180℃下固化10-20小時(shí)，得固化樣品；

四、將固化樣品在流動(dòng)氮?dú)庵幸?℃/min的升溫速率升至800℃-1000℃加熱0.5h-2h，得到cao/泡沫炭材料；

五、用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％的鹽酸去除cao/泡沫炭材料中的cao，得到可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料。

本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明制備該化學(xué)儲(chǔ)熱材料的原料來(lái)源廣泛，本發(fā)明中泡沫炭的制備方法適用于各種不同成分的鈣基物質(zhì)，運(yùn)用上具有普適性，操作上具有可行性。

2)通過(guò)浸漬法利用聚氨酯泡沫對(duì)碳酸鈣的吸附，制備方法簡(jiǎn)單易行。引入適當(dāng)摩爾比例的鹽酸，既能保證氧化鈣與泡沫炭的有效結(jié)合，又避免過(guò)多的氯鹽對(duì)化學(xué)儲(chǔ)熱材料性能的影響。

3)本發(fā)明制備的化學(xué)儲(chǔ)熱材料與現(xiàn)有研究報(bào)道的膨脹石墨摻雜改性鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱物質(zhì)相比性能更佳，50次水合/煅燒循環(huán)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率可達(dá)81.7％。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式，還包括各具體實(shí)施方式間的任意組合。

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式一種可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料由酚醛樹(shù)脂、六亞甲基四胺、乙醇，納米碳酸鈣，聚氨酯泡沫制成，其中納米碳酸鈣與酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為1-7:10，酚醛樹(shù)脂、六亞甲基四胺與乙醇的質(zhì)量比為(20-30):(1-5):(50-90)，納米碳酸鈣與聚氨酯泡沫的體積比為(1-7):(8-10)。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是納米碳酸鈣與酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為5:10。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二之一不同的是酚醛樹(shù)脂、六亞甲基四胺與乙醇的質(zhì)量比為(22-28):(2-4):(60-80)。其它與具體實(shí)施方式一或二之一相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是酚醛樹(shù)脂、六亞甲基四胺與乙醇的質(zhì)量比為25:2.5:75。其它與具體實(shí)施方式一至三之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是納米碳酸鈣與聚氨酯泡沫的體積比為(1-7):(8-10)。其它與具體實(shí)施方式一至四之一相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述一種可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料的制備方法如下：

一、將酚醛樹(shù)脂、六亞甲基四胺與乙醇按照質(zhì)量比為(20-30):(1-5):(50-90)的比例混合，然后加入納米碳酸鈣和酚醛樹(shù)脂，納米碳酸鈣與酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為1-7:10，攪拌5min-30min，使納米碳酸鈣均勻分散，得到混合溶液；

二、將聚氨酯泡沫浸入混合溶液30分鐘，納米碳酸鈣與聚氨酯泡沫的體積比為(1-7):(8-10)；

三、然后在120℃-180℃下固化10-20小時(shí)，得固化樣品；

四、將固化樣品在流動(dòng)氮?dú)庵幸?℃/min的升溫速率升至800℃-1000℃加熱0.5h-2h，得到cao/泡沫炭材料；

五、用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％的鹽酸去除cao/泡沫炭材料中的cao，得到可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式六不同的是步驟一中酚醛樹(shù)脂、六亞甲基四胺與乙醇的質(zhì)量比為25:2.5:75。其它與具體實(shí)施方式六相同。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式六或七不同的是步驟一中納米碳酸鈣與酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為5:10。其它與具體實(shí)施方式六或七相同。

具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式六至八之一不同的是步驟三中在150℃下固化12小時(shí)，得固化樣品。其它與具體實(shí)施方式六至八之一相同。

具體實(shí)施方式十：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式六至九之一不同的是步驟三中在900℃加熱1h。其它與具體實(shí)施方式六至九之一相同。

采用下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果：

實(shí)驗(yàn)一：

儲(chǔ)熱材料的制備方法：

一、按照重量份數(shù)稱?。?5-50份玄武巖骨料、25-38份鋁礬土骨料、3-10份鋁酸鹽水泥、5-20份藍(lán)晶石、1-8份活性氧化鋁粉、然石墨1-5份和0.2-1份外加高效復(fù)合減水劑；

所述玄武巖骨料粒度為10-30mm，鋁礬土骨料粒度1-10mm，鋁酸鹽水泥粒度500目，藍(lán)晶石粒度500目，硅微粉粒度為500目，天然石墨粒度為800目，

二、將步驟一稱取的原料經(jīng)干混均勻后，加4-6重量份的水，再混合均勻置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20-25℃溫度下置于水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)，然后在100-120℃溫度下烘烤24小時(shí)，即得儲(chǔ)熱材料。

實(shí)驗(yàn)二：

一種可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料的制備方法，其特征在于該制備方法如下：

一、將酚醛樹(shù)脂、六亞甲基四胺與乙醇按照質(zhì)量比為25:2.5:75的比例混合，然后加入納米碳酸鈣和酚醛樹(shù)脂，納米碳酸鈣與酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為1-7:10，攪拌5min-30min，使納米碳酸鈣均勻分散，得到混合溶液；

二、將長(zhǎng)為30mm、寬為30mm、高為10mm的聚氨酯泡沫浸入混合溶液30分鐘；

三、然后在150℃下固化12小時(shí)，得固化樣品；

四、將固化樣品在流動(dòng)氮?dú)庵幸?℃/min的升溫速率升至900℃加熱1h，得到cao/泡沫炭材料；

五、用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％的鹽酸去除cao/泡沫炭材料中的cao，得到可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料。

將實(shí)驗(yàn)一制備的儲(chǔ)熱材料與本實(shí)驗(yàn)制備的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，氧化鈣水合反應(yīng)轉(zhuǎn)化率如下表：

表1

實(shí)驗(yàn)三：

一種可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料的制備方法，其特征在于該制備方法如下：

一、將酚醛樹(shù)脂、六亞甲基四胺與乙醇按照質(zhì)量比為25:2.5:75的比例混合，然后加入納米碳酸鈣和酚醛樹(shù)脂，納米碳酸鈣與酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為2:10，攪拌5min-30min，使納米碳酸鈣均勻分散，得到混合溶液；

二、將長(zhǎng)為30mm、寬為30mm、高為10mm的聚氨酯泡沫浸入混合溶液30分鐘；

三、然后在150℃下固化12小時(shí)，得固化樣品；

四、將固化樣品在流動(dòng)氮?dú)庵幸?℃/min的升溫速率升至900℃加熱1h，得到cao/泡沫炭材料；

五、用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％的鹽酸去除cao/泡沫炭材料中的cao，得到可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料。

將實(shí)驗(yàn)一制備的儲(chǔ)熱材料與本實(shí)驗(yàn)制備的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，氧化鈣水合反應(yīng)轉(zhuǎn)化率如下表：

表2

實(shí)驗(yàn)四：

一種可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料的制備方法，其特征在于該制備方法如下：

一、將酚醛樹(shù)脂、六亞甲基四胺與乙醇按照質(zhì)量比為25:2.5:75的比例混合，然后加入納米碳酸鈣和酚醛樹(shù)脂，納米碳酸鈣與酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為5:10，攪拌5min-30min，使納米碳酸鈣均勻分散，得到混合溶液；

二、將長(zhǎng)為30mm、寬為30mm、高為10mm的聚氨酯泡沫浸入混合溶液30分鐘；

三、然后在150℃下固化12小時(shí)，得固化樣品；

四、將固化樣品在流動(dòng)氮?dú)庵幸?℃/min的升溫速率升至900℃加熱1h，得到cao/泡沫炭材料；

五、用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％的鹽酸去除cao/泡沫炭材料中的cao，得到可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料。

將實(shí)驗(yàn)一制備的儲(chǔ)熱材料與本實(shí)驗(yàn)制備的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，氧化鈣水合反應(yīng)轉(zhuǎn)化率如下表：

表3

實(shí)驗(yàn)五：

一種可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料的制備方法，其特征在于該制備方法如下：

一、將酚醛樹(shù)脂、六亞甲基四胺與乙醇按照質(zhì)量比為25:2.5:75的比例混合，然后加入納米碳酸鈣和酚醛樹(shù)脂，納米碳酸鈣與酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為7:10，攪拌5min-30min，使納米碳酸鈣均勻分散，得到混合溶液；

二、將長(zhǎng)為30mm、寬為30mm、高為10mm的聚氨酯泡沫浸入混合溶液30分鐘；

三、然后在150℃下固化12小時(shí)，得固化樣品；

四、將固化樣品在流動(dòng)氮?dú)庵幸?℃/min的升溫速率升至900℃加熱1h，得到cao/泡沫炭材料；

五、用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％的鹽酸去除cao/泡沫炭材料中的cao，得到可抑制燒結(jié)、增強(qiáng)導(dǎo)熱的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料。

將實(shí)驗(yàn)一制備的儲(chǔ)熱材料與本實(shí)驗(yàn)制備的鈣基化學(xué)儲(chǔ)熱材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，氧化鈣水合反應(yīng)轉(zhuǎn)化率如下表：

表4