一種利用鋁礬土制備高導(dǎo)熱型相變儲(chǔ)能材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[OO01 ]本發(fā)明涉及一種利用招鞏土制備高導(dǎo)熱型相變儲(chǔ)能材料的方法，屬于儲(chǔ)能材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]能源短缺成為當(dāng)今社會(huì)一個(gè)日益嚴(yán)峻的問(wèn)題，因此開(kāi)發(fā)新的高效儲(chǔ)能技術(shù)，提高能源利用效率，與尋找新的能源同等重要。而作為能量供應(yīng)重要方式之一的熱能，與我們?nèi)粘Ｉ蠲懿豢煞帧５菬崮芡嬖诠┬钑r(shí)空不匹配的問(wèn)題，所以它的應(yīng)用需要一種更有效的能量?jī)?chǔ)存方式，可以使其在熱能充足時(shí)把多余的熱能儲(chǔ)存起來(lái)以便在需要時(shí)使用，所以熱能儲(chǔ)存與釋放在保存有效能量和提高能源利用率方面起著非常重要的作用。
[0003]而作為能量供應(yīng)重要方式之一的熱能，與我們?nèi)粘Ｉ蠲懿豢煞?。熱能存?chǔ)一般分為三種方式，即顯熱儲(chǔ)能、化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)能和潛熱儲(chǔ)能。顯熱儲(chǔ)能簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，但儲(chǔ)能密度小，裝置體積大，儲(chǔ)能體系的溫度不宜控制;化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)能是通過(guò)可逆的化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)熱放熱的，儲(chǔ)能密度較大但是過(guò)程復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用比較難;相變儲(chǔ)能是材料發(fā)生物理相轉(zhuǎn)變時(shí)能量的儲(chǔ)存和釋放。與其他儲(chǔ)能方式相比，相變儲(chǔ)能有以下優(yōu)點(diǎn):相變儲(chǔ)能材料在吸收和釋放能量的過(guò)程中近似恒溫并且溫度易控制，每個(gè)體積單元儲(chǔ)存的能量是顯熱儲(chǔ)能材料的5?14倍，此外儲(chǔ)能裝置體積小，易于實(shí)現(xiàn)。因此，相變儲(chǔ)能材料成為最有前景的儲(chǔ)能技術(shù)之一，并且應(yīng)用廣泛，例如太陽(yáng)能利用、工業(yè)余熱回收、電力的移峰填谷、建筑節(jié)能、特殊控溫服裝、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)溫室等。
[0004]提高相變儲(chǔ)能材料的導(dǎo)熱性能對(duì)提高能源利用效率具有重要意義。傳統(tǒng)的導(dǎo)熱增強(qiáng)型復(fù)合相變儲(chǔ)能材料多采用物理吸附和摻雜的方式來(lái)達(dá)到導(dǎo)熱增強(qiáng)的目的。通過(guò)吸附作用制備相變儲(chǔ)能材料利用的是支撐材料的多孔性，但是具有多孔結(jié)構(gòu)的材料種類(lèi)有限，而且前處理過(guò)程繁瑣，條件苛刻。而摻雜高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬或金屬氧化物顆粒制備的材料不容易均勻，主要是由于納米顆粒比表面積大，表面能較高，易出現(xiàn)團(tuán)聚和沉降現(xiàn)象，過(guò)程中需要加入表面活性劑或有機(jī)溶劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題:針對(duì)目前傳統(tǒng)相變儲(chǔ)能材料導(dǎo)熱性不高影響到能源利用效率，而常用的增強(qiáng)相變儲(chǔ)能材料導(dǎo)熱性的方法多采用物理吸附和摻雜的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是物理吸附材料種類(lèi)有限，處理過(guò)程繁瑣，條件苛刻，摻雜高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬或金屬氧化物顆粒制備的材料不容易均勻，易出現(xiàn)團(tuán)聚和沉降現(xiàn)象，過(guò)程中需要加入表面活性劑或有機(jī)溶劑的缺陷，提供了一種利用鋁礬土為原料制得鋁溶膠并和硅溶膠發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，得到高導(dǎo)熱硅鋁三維支撐體，輔以相變組份聚乙二醇制得相變焓值較高、導(dǎo)熱性能好的復(fù)合定形相變儲(chǔ)能材料，該方法直接以高導(dǎo)熱硅鋁體系作基料，既化解了傳統(tǒng)物理吸附方法過(guò)程中材料有限，處理復(fù)雜的難點(diǎn)，同時(shí)也解決了摻雜填料導(dǎo)致的材料出現(xiàn)團(tuán)聚、沉降的不足，而且避免了表面活性劑和有機(jī)溶劑的使用，無(wú)形當(dāng)中節(jié)約了成本，提高了產(chǎn)品的使用效率。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(1)將I?2kg鋁礬土礦石先用錘式粉碎機(jī)粉碎成粒徑在3?5cm之間的碎石塊，再將粉碎后的碎石塊放入不銹鋼球磨機(jī)中，按球料比為10:1向球磨機(jī)中加入碳化鎢球磨珠，球磨I?2h后出料過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩，得鋁礬土礦石粉；
(2)取300?400g鋁礬土礦石粉浸入I?2L質(zhì)量濃度為40%的碳酸鈉溶液中，放置在搖床上振蕩反應(yīng)20?30min后，靜置過(guò)濾得到濾液，將400?500mL得到的濾液放入底部裝有曝氣裝置的IL燒杯中，向燒杯內(nèi)通入二氧化碳進(jìn)行曝氣處理40?60min;
(3)曝氣結(jié)束后，將混合液倒入布氏漏斗，抽濾得到濾出物，將其放入烘箱在105?110°C下干燥至恒重，再移入馬弗爐中，以800?900°C的溫度煅燒2?3h后得氧化鋁粉末；
(4)將50?10g上述制得的氧化鋁粉末放入500mL燒杯中，加入200?300mL濃度為0.5mol/L的硝酸溶液，用磁力攪拌機(jī)攪拌20?30min后過(guò)濾得濾液，向?yàn)V液中持續(xù)加入質(zhì)量濃度為17?20%的濃氨水，直至無(wú)糊狀物產(chǎn)生；
(5)將上述得到的混合物放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，旋蒸濃縮得到粘稠糊狀物后，將糊狀物加進(jìn)其體積2?3倍的去離子水中，超聲分散后用濃度為0.5mol/L的硝酸調(diào)節(jié)pH至6?7后，于85?95 °C下回流I?2h得到透明鋁溶膠；
(6)將正硅酸乙酯和水按體積比為3:5進(jìn)行混合，在55?65°C的水浴中超聲攪拌10?15min，超聲功率為100?200W，向超聲后的乳濁液中加入質(zhì)量濃度為lmol/L的硝酸溶液，直至乳濁液pH達(dá)到2?3，水解反應(yīng)15?25min得硅溶膠；
(7)將500?600mL上述制得的透明鋁溶膠放入帶有攪拌器的反應(yīng)釜中，加熱升溫至50?60°C，啟動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌，在攪拌的過(guò)程中向反應(yīng)釜中緩慢滴加300?400mL硅溶膠，控制滴加速度使其40?50min內(nèi)滴加完畢，繼續(xù)保溫?cái)嚢?0?30min發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，得到高導(dǎo)熱硅鋁三維支撐體；
(8)向上述制得的高導(dǎo)熱支撐體中加入其總質(zhì)量80%的聚乙二醇，加熱升溫至80?90°C，待其完全熔化后，放入超聲分散儀中，以100?200W的功率超聲分散處理10?20min后，用濃度為0.5mol/L的碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)pH至7?8，形成凝膠狀產(chǎn)物，用真空干燥器將其干燥后即得一種高導(dǎo)熱型相變儲(chǔ)能材料。
[0007]本發(fā)明的儲(chǔ)能原理是:利用相變材料吸收太陽(yáng)輻射熱和空氣對(duì)流傳熱而溫度上升，當(dāng)達(dá)到貯能相變材料的熔點(diǎn)時(shí)，相變材料發(fā)生相變，由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，同時(shí)吸收熱能并將其貯存起來(lái)，當(dāng)氣溫降低時(shí)，相變材料的溫度隨之下降，當(dāng)溫度降到相變材料的相變點(diǎn)時(shí)，其產(chǎn)生逆相變，由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，并將貯存的熱量釋放出來(lái)，從而起到儲(chǔ)能釋能的作用。
[0008]本發(fā)明的具體應(yīng)用方法:將本發(fā)明制得的高導(dǎo)熱型相變儲(chǔ)能材料用作填料添加進(jìn)建筑材料中，可以對(duì)建筑起到保溫作用，其中高導(dǎo)熱型相變儲(chǔ)能材料相變焓值為115?120J/g，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)0.4?0.5W/(m.K)，導(dǎo)熱增強(qiáng)率為17?18%，復(fù)合材料在300°C以下具有良好的熱穩(wěn)定性，其光熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)92%以上。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明直接以高導(dǎo)熱硅鋁體系作基料，既化解了傳統(tǒng)物理吸附方法過(guò)程中材料有限，處理復(fù)雜的難點(diǎn)，同時(shí)也解決了摻雜填料導(dǎo)致的材料出現(xiàn)團(tuán)聚、沉降的不足，而且避免了表面活性劑和有機(jī)溶劑的使用，無(wú)形當(dāng)中節(jié)約了成本，提高了產(chǎn)品的使用效率。
【具體實(shí)施方式】
[0010]將I?2kg鋁礬土礦石先用錘式粉碎機(jī)粉碎成粒徑在3?5cm之間的碎石塊，再將粉碎后的碎石塊放入不銹鋼球磨機(jī)中，按球料比為10:1向球磨機(jī)中加入碳化鎢球磨珠，球磨I?2h后出料過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩，得鋁礬土礦石粉;取300?400g鋁礬土礦石粉浸入I?2L質(zhì)量濃度為40%的碳酸鈉溶液中，放置在搖床上振蕩反應(yīng)20?30min后，靜置過(guò)濾得到濾液，將400?500mL得到的濾液放入底部裝有曝氣裝置的IL燒杯中，向燒杯內(nèi)通入二氧化碳進(jìn)行曝氣處理40?60min;曝氣結(jié)束后，將混合液倒入布氏漏斗，抽濾得到濾出物，將其放入烘箱在105?110°C下干燥至恒重，再移入馬弗爐中，以800?900°C的溫度煅燒2?3h后得氧化鋁粉末;將50?10g上述制得的氧化鋁粉末放入500mL燒杯中，加入200?300mL濃度為0.5mol/L的硝酸溶液，用磁力攪拌機(jī)攪拌20?30min后過(guò)濾得濾液，向?yàn)V液中持續(xù)加入質(zhì)量濃度為17?20%的濃氨水，直至無(wú)糊狀物產(chǎn)生;將上述得到的混合物放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，旋蒸濃縮得到粘稠糊狀物后，將糊狀物加進(jìn)其體積2?3倍的去離子水中，超聲分散后用濃度為0.5mol/L的硝酸調(diào)節(jié)pH至6?7后，于85?95°C下回流I?2h得到透明鋁溶膠;將正硅酸乙酯和水按體積比為3:5進(jìn)行混合，在55?65°(:的水浴中超聲攪拌10?151^11，超聲功率為100?200￥，向超聲后的乳濁液中加入質(zhì)量濃度為lmol/L的硝酸溶液，直至乳濁液pH達(dá)到2?3，水解反應(yīng)15?25min得硅溶膠;將500?600mL上述制得的透明鋁溶膠放入帶有攪拌器的反應(yīng)釜中，加熱升溫至50?60°C，啟動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌，在攪拌的過(guò)程中向反應(yīng)釜中緩慢滴加300?400mL硅溶膠，控制滴加速度使其40?50min內(nèi)滴加完畢，繼續(xù)保溫?cái)嚢?0?30min發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，得到高導(dǎo)熱硅鋁三維支撐體；向上述制得的高導(dǎo)熱支撐體中加入其總質(zhì)量80%的聚乙二醇，加熱升溫至80?90°C，待其完全熔化后，放入超聲分散儀中，以100?200W的功率超聲分散處理10?20min后，用濃度為0.5mol/L的碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)pH至7?8，形成凝膠狀產(chǎn)物，用真空干燥器將其干燥后即得一種高導(dǎo)熱型相變儲(chǔ)能材料。
[0011]實(shí)例I
將Ikg鋁礬土礦石先用錘式粉碎機(jī)粉碎成粒徑在3cm之間的碎石塊，再將粉碎后的碎石塊放入不銹鋼球磨機(jī)中，按球料比為10:1向球磨機(jī)中加入碳化鎢球磨珠，球磨Ih后出料過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩，得鋁礬土礦石粉;取300g鋁礬土礦石粉浸入IL質(zhì)量濃度為40%的碳酸鈉溶液中，放置在搖床上振蕩反應(yīng)20min后，靜置過(guò)濾得到濾液，將400mL得到的濾液放入底部裝有曝氣裝置的燒杯中，向燒杯內(nèi)通入二氧化碳進(jìn)行曝氣處理40min ；曝氣結(jié)束后，將混合液倒入布氏漏斗，抽濾得到濾出物，將其放入烘箱在105°C下干燥至恒重，再移入馬弗爐中，以8000C的溫度煅燒2h后得氧化鋁粉末;將50g上述制得的氧化鋁粉末放入500mL燒杯中，加入200mL濃度為0.