專利名稱：一種含碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于相變儲(chǔ)能系統(tǒng)的具有高穩(wěn)定性和高導(dǎo)熱系數(shù)的相變蓄熱材料，具體 涉及一種表面羥基化并被截?cái)喑删哂羞m中長(zhǎng)徑比的多壁碳納米管分散在母體棕櫚酸中的納米 復(fù)合相變蓄熱材料的合成方法。
背景技術(shù)：
隨著能源環(huán)境形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，迫切需要在高效能源、節(jié)能技術(shù)、清潔能源和可再生環(huán) 保型能源等領(lǐng)域取得進(jìn)展。相變儲(chǔ)能是提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境的重要技術(shù)，是緩解能 量供求雙方在時(shí)間、強(qiáng)度及地點(diǎn)上不匹配的有效方式。相變材料(PCM)是相變儲(chǔ)能技術(shù)的核 心。
絕大多數(shù)無(wú)機(jī)物PCM具有腐蝕性而且在相變過(guò)程中具有過(guò)冷和相分離的缺點(diǎn)，限 制其應(yīng)用領(lǐng)域；而有機(jī)PCM腐蝕性小、在相變過(guò)程中幾乎沒(méi)有過(guò)冷和相分離的缺點(diǎn)，且化學(xué) 性能穩(wěn)定、價(jià)格便宜，因此，在太陽(yáng)能利用和建筑物采暖及空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域，有機(jī)PCM的 應(yīng)用十分普遍。然而，有機(jī)PCM存在導(dǎo)熱系數(shù)低的缺點(diǎn)，致使其在儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用中傳熱性能 差、蓄熱量利用率低，從而降低了系統(tǒng)的效能。
提高有機(jī)PCM本身導(dǎo)熱系數(shù)的主要途徑是制備復(fù)合相變材料。目前，在相變材料中添加 的顆粒大多是毫米或微米級(jí)固體顆粒[L. R Cabeza^ et al. Applied Thermal Eng. 22(2002): 1141]。 其缺點(diǎn)是，由于金屬或金屬氧化物與有機(jī)PCM間存在較大的密度差，在復(fù)合相變材料融化時(shí)， 毫米級(jí)或微米級(jí)的固體顆粒極易在混合液中沉淀析出；另外含大顆粒的復(fù)合相變材料在把儲(chǔ) 存的能量轉(zhuǎn)移時(shí)，容易引起磨損或堵塞等不良結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)一種含碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變蓄熱材料的合成方法，其目的在于克服現(xiàn)有 技術(shù)中有機(jī)PCM存在的傳熱性能差、蓄熱量利用率低，在復(fù)合相變材料融化時(shí)，毫米級(jí)或微 米級(jí)的固體顆粒極易在混合液中沉淀析出；含大顆粒的復(fù)合相變材料在把儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)移時(shí)， 容易引起磨損或堵塞等缺陷。本發(fā)明其優(yōu)點(diǎn)在于(1)增加了導(dǎo)熱系數(shù)；(2)碳納米管的比 表面積很大，增加了傳熱面積；(3)在液相狀態(tài)下，混合液內(nèi)碳納米管不沉降分離；(4)碳 納米管還可起到潤(rùn)滑的作用。一種含碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料的合成方法，復(fù)合材料的母體為棕櫚酸；按照如下步 驟合成
(1) 碳納米管表面處理將碳納米管與濃酸混合，在60-110QC回流20-40min，然后利 用高速離心方法清洗至清液為中性，在12(fC烘箱干燥，得到表面處理好的碳納米管；
(2) 合成碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變蓄熱材料將表面處理后的碳納米管加入融化的棕櫚 酸中或?qū)⑻技{米管和棕櫚酸的混合物加熱至熔融，磁力攪拌該熔融物10-120min，保溫超聲 10-100min,制得均勻穩(wěn)定的碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變蓄熱材料。
所述碳納米管為多壁碳納米管。
所述濃酸為體積比為1: 3的濃硝酸和濃硫酸的混合物。
本發(fā)明通過(guò)強(qiáng)酸氧化對(duì)具有惰性表面的碳納米管進(jìn)行表面處理后；將表面功能化、長(zhǎng)徑 比適中的碳納米管通過(guò)磁力攪拌和超聲振動(dòng)分散到棕櫚酸中形成有機(jī)酸基含碳納米管復(fù)合相 變材料。
本發(fā)明與,體材料相比，其優(yōu)點(diǎn)和積極效果是提高了有機(jī)酸棕櫚酸的導(dǎo)熱系數(shù)；熔融 態(tài)混合物中碳納米管不沉降分離，穩(wěn)定性好；碳納米管還可起到潤(rùn)滑的作用，不易堵塞管道。 而且，該復(fù)合相變材料制備簡(jiǎn)單，有利于工業(yè)化。本發(fā)明制備的含碳納米管復(fù)合相變蓄熱材 料當(dāng)碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%時(shí)復(fù)合相變材料25°C的導(dǎo)熱系數(shù)比母體的導(dǎo)熱系數(shù)提高30%以 上。制得的碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變材^^可廣泛用于太陽(yáng)能利用、余熱回收、智能化自動(dòng)空 調(diào)建筑物、玻璃暖房、相變儲(chǔ)能型空調(diào)、電器恒溫等民用和軍用領(lǐng)域。


圖1為棕櫚酸及實(shí)施例1、2、4所得碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變材料的差分掃描量熱(DSC)圖。
圖1中PurePA為棕櫚酸，sample 1為實(shí)施例1所得碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變材料，sample 2為實(shí)施例2所得碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變材料，sample 4為實(shí)施例4所得碳納米管/棕櫚酸 復(fù)合相變材料。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:將多壁碳納米管與濃酸混合，其中濃硝酸與濃硫酸體積比為1: 3，在60oC回 流40min，用去離子水洗至中性，在120oC烘箱干燥后得表面功能化碳納米管固體。將該碳 納米管以質(zhì)量比1.0%含量添加到融化的棕櫚酸中，磁力攪拌10min，超聲振動(dòng)40min，得到 的碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變材料，其相變潛熱為204.7J/g,相變溫度為62.4oC,且其25oC時(shí)導(dǎo) 熱系數(shù)比棕櫚酸的導(dǎo)熱系數(shù)提高10.7%。實(shí)施例2:將多壁碳納米管與濃酸混合，其中濃硝酸與濃硫酸體積比為3，在90oC回 流40min，用去離子水洗至中性，在120oC烘箱干燥后得表面功能化碳納米管固體。將該碳 納米管以質(zhì)量比1.0%含量添加到融化的棕櫚酸中，磁力攪拌120min，超聲振動(dòng)10min,得到 的碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變材料，其相變潛熱為203.1J/g,相變溫度為61.7oC,且其25oC時(shí)導(dǎo) 熱系數(shù)比棕櫚酸的導(dǎo)熱系數(shù)提高9.83% 。
實(shí)施例3:將多壁碳納米管與濃酸混合，其中濃硝酸與濃硫酸體積比為1: 3，在90oC回 流20min，用去離子水洗至中性，在120oC烘箱干燥后得表面功能化碳納米管固體。將該碳 納米管以質(zhì)量比1.0%含量與棕櫚酸的混合物加熱至熔融，磁力攪拌20min,超聲振動(dòng)60min， 得到的碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變材料，其相變潛熱為204.0J/g，且其25oC時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)比棕櫚酸 的導(dǎo)熱系數(shù)提高31.2%。
實(shí)施例4:將多壁碳納米管與濃酸混合，其中濃硝酸與濃硫酸體積比為1: 3，在110oC 回流20min，用去離子水洗至中性，在120。C烘箱千燥后得表面功能化碳納米管固體。將該碳 納米管以質(zhì)量比2.0%含量添加到融化的棕櫚酸中，磁力攪拌40min，保溫超聲振動(dòng)60min, 得到的碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變材料，其相變潛熱為182.6J/g，相變溫度59.6oC，且其25oC 時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)比棕櫚酸的導(dǎo)熱系數(shù)提高37.2% 。
實(shí)施例5:將多壁碳納米管與濃酸混合，其中濃硝酸與濃硫酸體積比為1: 3，在90oC回 流20min，用去離子水洗至中性，在120oC烘箱干燥后得表面功能化碳納米管固體。將該碳 納米管以質(zhì)量比4.0%含量添加到融化的棕櫚酸中，磁力攪拌40min,保溫超聲振動(dòng)100min, 得到的碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變材料，其相變潛熱為180.8J/g,相變溫度56.3oC且其25 oC 時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)比棕櫚酸的導(dǎo)熱系數(shù)提高34.1 ^,55oC時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)比棕櫚酸的導(dǎo)熱系數(shù)提高105.7 %。
權(quán)利要求
1.一種含碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料的合成方法，其特征在于復(fù)合材料的母體為棕櫚酸；按照如下方法合成(1)碳納米管表面處理將碳納米管與濃酸混合，在60-110℃回流20-40min，然后利用高速離心方法清洗至清液為中性，在120℃烘箱干燥，得到表面處理好的碳納米管；(2)合成碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變蓄熱材料將表面處理后的碳納米管加入融化的棕櫚酸中或?qū)⑻技{米管和棕櫚酸的混合物加熱至熔融，磁力攪拌該熔融物10-120min，保溫超聲10-100min，制得均勻穩(wěn)定的碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變蓄熱材料。制得的碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變材料穩(wěn)定性好，相變潛熱大，導(dǎo)熱系數(shù)與同溫度下棕櫚酸相比大幅度提高。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種含碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料的合成方法，其特征在于所述碳納米管為多壁碳納米管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料的合成方法，其特征在于所述濃酸為體積比為1: 3的濃硝酸和濃硫酸的混合物。
全文摘要
一種含碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料的合成方法，復(fù)合材料的母體為棕櫚酸；合成方法如下先將碳納米管與濃酸混合，在60-110℃回流20-40min，然后利用高速離心方法清洗至清液為中性，在120℃烘箱干燥，得到表面處理好的碳納米管；然后將表面處理后的碳納米管加入融化的棕櫚酸中或?qū)⑻技{米管和棕櫚酸的混合物加熱至熔融，磁力攪拌該熔融物10-120min，保溫超聲10-100min，制得均勻穩(wěn)定的碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變蓄熱材料。制得的碳納米管/棕櫚酸復(fù)合相變材料穩(wěn)定性好?？蓮V泛用于太陽(yáng)能利用、余熱回收、智能化自動(dòng)空調(diào)建筑物、玻璃暖房、相變儲(chǔ)能型空調(diào)、電器恒溫等民用和軍用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C09C1/44GK101294063SQ200810035459
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月1日
發(fā)明者偉 于, 王繼芬, 謝華清, 陳立飛, 陽(yáng) 黎 申請(qǐng)人:上海第二工業(yè)大學(xué)