本發(fā)明屬于太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫穩(wěn)定的納米流體黑液及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
太陽能的熱利用是太陽能開發(fā)利用最常用的利用方式，主要分為200℃以下的低溫?zé)崂煤椭?、高溫?zé)崂谩Ｖ懈邷責(zé)崂孟到y(tǒng)主要包括集熱、儲熱、換熱、動力、發(fā)電等子系統(tǒng)，其在熱發(fā)電、海水淡化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，其中集熱器作為吸收太陽光能量轉(zhuǎn)化為熱能的部件，在整個熱利用系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。在集熱器中，集熱效率很大程度上取決于集熱介質(zhì)。
目前，集熱介質(zhì)主要是采用導(dǎo)熱油和熔融鹽。導(dǎo)熱油的缺點是存在高溫不穩(wěn)、易分解；而熔融鹽的凝固點較高，一般大于120℃，使用過程中易堵塞管道，需要額外增加一套加熱保護系統(tǒng)以實現(xiàn)啟動與鹽的化融過程，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性與成本，并帶來維護困難等缺陷。
離子液體是一類由有機陽離子與無機或有機陰離子構(gòu)成的在室溫或近室溫下呈現(xiàn)液態(tài)的熔鹽體系。與上述傳熱流體相比，離子液體具有液程寬、幾乎不揮發(fā)、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在太陽能中高溫?zé)崂妙I(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
傳統(tǒng)的離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)較低，光熱轉(zhuǎn)換性能差，限制了其進一步的應(yīng)用。添加納米粒子到離子液體中構(gòu)成納米流體，其導(dǎo)熱系數(shù)、光熱轉(zhuǎn)化性能有明顯的提高。但現(xiàn)有離子液體納米流體不耐高溫，在100℃以上容易沉積、從而降低導(dǎo)熱系數(shù)及光熱轉(zhuǎn)化性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種高溫穩(wěn)定的納米流體黑液。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述高溫穩(wěn)定的納米流體黑液的制備方法。
本發(fā)明的再一目的在于提供上述高溫穩(wěn)定的納米流體黑液在太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
一種高溫穩(wěn)定的納米流體黑液，由改性石墨烯納米粒子與離子液體組成，所述改性石墨烯納米粒子均勻分散在離子液體中。
優(yōu)選地，所述納米流體黑液中，改性石墨烯納米粒子的質(zhì)量百分含量為0.005％～0.5％。
優(yōu)選地，所述改性石墨烯納米粒子為咪唑類離子液體基團改性的石墨烯納米粒子。
優(yōu)選地，所述的離子液體為[c12mim]bf4、[c14mim]bf4或[c16mim]bf4。
所述咪唑類離子液體基團改性的石墨烯納米粒子可通過如下方法制備得到：
將羧基化石墨烯分散在溶劑中，攪拌、過濾、乙醇清洗、干燥，得到固體粉末，將所得固體粉末至于氨基咪唑甲酰胺中，100～120℃下攪拌反應(yīng)18～30h，產(chǎn)物經(jīng)過濾、四氫呋喃清洗、干燥后分散于四氫呋喃中，得到分散溶液，然后往分散溶液中加入nh4bf4，80～100℃下攪拌反應(yīng)16～28h，產(chǎn)物經(jīng)過濾、乙醇清洗、干燥，得到咪唑類離子液體基團改性的石墨烯納米粒子。
上述咪唑類離子液體基團改性的石墨烯納米粒子的制備方法中，所述的溶劑優(yōu)選氯化亞砜；所述固體粉末與氨基咪唑甲酰胺的質(zhì)量比為(50～100):(200～400)；所述分散溶液中分散物與四氫呋喃的質(zhì)量比為(100～200):(300～500)；所述nh4bf4的加入量與分散溶液中分散物的質(zhì)量比為(300～500):(100～200)。
上述高溫穩(wěn)定的納米流體黑液的制備方法，包括如下步驟：將改性石墨烯納米粒子加入到離子液體中，攪拌分散均勻，得到所述高溫穩(wěn)定的納米流體黑液。
優(yōu)選地，所述攪拌分散均勻的過程為：300～700w功率下攪拌1～3h，然后在100～200w功率下攪拌0.5～1h，然后靜置5～10min。
上述高溫穩(wěn)定的納米流體黑液在太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。所述納米流體黑液的使用溫度可達200℃以上。
本發(fā)明的納米流體黑液具有如下優(yōu)點及有益效果：
本發(fā)明制備的高溫穩(wěn)定的納米流體黑液高溫穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、光熱轉(zhuǎn)化性能好。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1
本實施例的一種高溫穩(wěn)定的納米流體黑液的制備方法，具體制備步驟如下：
將100質(zhì)量份羧基化石墨烯分散在1000質(zhì)量份氯化亞砜中，以功率300w轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分鐘機械攪拌12小時，過濾，用乙醇清洗3遍，取濾渣，在60℃干燥12小時，得到固體粉末；然后把固體粉末50質(zhì)量份至于200質(zhì)量份氨基咪唑甲酰胺中，在100℃下以功率300w轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分鐘機械攪拌18小時，過濾，用四氫呋喃清洗3遍，取濾渣，在140℃干燥12小時，得到固體粉末；接著，把100質(zhì)量份的固體粉末放入300質(zhì)量份的四氫呋喃中，在40℃下以功率200w轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分鐘機械攪拌6小時，得到分散溶液，把300質(zhì)量份的nh4bf4加入到分散溶液中，在80℃下以功率500w轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/分鐘機械攪拌16小時，過濾，用乙醇清洗3遍，取濾渣，在100℃干燥12小時，得到改性石墨烯納米粒子。將質(zhì)量百分含量為0.005％的改性石墨烯納米粒子加入離子液體[c12mim]bf4中，用300w功率攪拌1小時，再用100w功率攪拌0.5小時，然后靜置5分鐘，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液，即為所述高溫穩(wěn)定的納米流體黑液。
經(jīng)過測定，本實施例所得高溫穩(wěn)定的納米流體黑液在200℃下可以穩(wěn)定存在一個月以上。200℃時，其導(dǎo)熱系數(shù)比[c12mim]bf4離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高5.2％，1000w/m2下光照溫升提升了20℃。
實施例2
制備步驟同實施例1，所不同的是離子液體為[c14mim]bf4。
經(jīng)過測定，本實施例所得高溫穩(wěn)定的納米流體黑液在200℃下可以穩(wěn)定存在一個月以上。220℃時，其導(dǎo)熱系數(shù)比[c14mim]bf4離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高6.7％，1000w/m2下光照溫升提升了23℃。
實施例3
制備步驟同實施例1，所不同的是離子液體為[c16mim]bf4。
經(jīng)過測定，本實施例所得高溫穩(wěn)定的納米流體黑液在200℃下可以穩(wěn)定存在一個月以上。180℃時，其導(dǎo)熱系數(shù)比[c16mim]bf4離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高5.7％，1000w/m2下光照溫升提升了21℃。
實施例4
本實施例的一種高溫穩(wěn)定的納米流體黑液的制備方法，具體制備步驟如下：
將500質(zhì)量份羧基化石墨烯分散在2000質(zhì)量份氯化亞砜中，以功率700w轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/分鐘機械攪拌36小時，過濾，用乙醇清洗5遍，取濾渣，在80℃干燥24小時，得到固體粉末；然后把固體粉末100質(zhì)量份至于400質(zhì)量份氨基咪唑甲酰胺中，在120℃下以功率500w轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分鐘機械攪拌30小時，過濾，用四氫呋喃清洗5遍，取濾渣，在160℃干燥24小時，得到固體粉末；接著，把200質(zhì)量份的固體粉末放入500質(zhì)量份的四氫呋喃中，在60℃下以功率400w轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘機械攪拌10小時，得到分散溶液，把500質(zhì)量份的nh4bf4加入到分散溶液中，在100℃下以功率800w轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/分鐘機械攪拌28小時，過濾，用乙醇清洗5遍，取濾渣，在120℃干燥24小時，得到改性石墨烯納米粒子。將質(zhì)量百分含量為0.5％的改性石墨烯納米粒子加入離子液體[c12mim]bf4中，用700w功率攪拌3小時，再用200w功率攪拌1小時，然后靜置10分鐘，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液，即為所述高溫穩(wěn)定的納米流體黑液。
經(jīng)過測定，本實施例所得高溫穩(wěn)定的納米流體黑液在200℃下可以穩(wěn)定存在一個月以上。200℃時，其導(dǎo)熱系數(shù)比[c12mim]bf4離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高22.3％，1000w/m2下光照溫升提升了51℃。
實施例5
制備步驟同實施例4，所不同的是離子液體為[c14mim]bf4。
經(jīng)過測定，本實施例所得高溫穩(wěn)定的納米流體黑液在200℃下可以穩(wěn)定存在一個月以上。220℃時，其導(dǎo)熱系數(shù)比[c14mim]bf4離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高25.7％，1000w/m2下光照溫升提升了53.9℃。
實施例6
制備步驟同實施例4，所不同的是離子液體為[c16mim]bf4。
經(jīng)過測定，本實施例所得高溫穩(wěn)定的納米流體黑液在200℃下可以穩(wěn)定存在一個月以上。180℃時，其導(dǎo)熱系數(shù)比[c16mim]bf4離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高25.7％，1000w/m2下光照溫升提升了52.5℃。
實施例7
本實施例的一種高溫穩(wěn)定的納米流體黑液的制備方法，具體制備步驟如下：
將300質(zhì)量份羧基化石墨烯分散在1500質(zhì)量份氯化亞砜中，以功率500w轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘機械攪拌24小時，過濾，用乙醇清洗4遍，取濾渣，在70℃干燥18小時，得到固體粉末；然后把固體粉末75質(zhì)量份至于300質(zhì)量份氨基咪唑甲酰胺中，在110℃下以功率400w轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分鐘機械攪拌24小時，過濾，用四氫呋喃清洗4遍，取濾渣，在150℃干燥18小時，得到固體粉末；接著，把150質(zhì)量份的固體粉末放入400質(zhì)量份的四氫呋喃中，在50℃下以功率300w轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分鐘機械攪拌8小時，得到分散溶液，把400質(zhì)量份的nh4bf4加入到分散溶液中，在90℃下以功率650w轉(zhuǎn)速550轉(zhuǎn)/分鐘機械攪拌20小時，過濾，用乙醇清洗4遍，取濾渣，在110℃干燥18小時，得到改性石墨烯納米粒子。將質(zhì)量百分含量為0.025％的改性石墨烯納米粒子加入離子液體[c12mim]bf4中，用500w功率攪拌2小時，再用150w功率攪拌0.75小時，然后靜置7.5分鐘，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液，即為所述高溫穩(wěn)定的納米流體黑液。
經(jīng)過測定，本實施例所得高溫穩(wěn)定的納米流體黑液在200℃下可以穩(wěn)定存在一個月以上。200℃時，其導(dǎo)熱系數(shù)比[c12mim]bf4離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高12.7％，1000w/m2下光照溫升提升了25.5℃。
實施例8
制備步驟同實施例7，所不同的是離子液體為[c14mim]bf4。
經(jīng)過測定，本實施例所得高溫穩(wěn)定的納米流體黑液在200℃下可以穩(wěn)定存在一個月以上。220℃時，其導(dǎo)熱系數(shù)比[c14mim]bf4離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高13.7％，1000w/m2下光照溫升提升了27.9℃。
實施例9
制備步驟同實施例7，所不同的是離子液體為[c16mim]bf4。
經(jīng)過測定，本實施例所得高溫穩(wěn)定的納米流體黑液在200℃下可以穩(wěn)定存在一個月以上。180℃時，其導(dǎo)熱系數(shù)比[c16mim]bf4離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高12.7％，1000w/m2下光照溫升提升了25.5℃。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其它的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。