一种蛭石基复合相变储热材料及其制备方法与流程

本发明属于新能源材料和节能新材料领域，具体涉及一种蛭石基复合相变储热材料及其制备方法。

背景技术：

随着各发达国家工业化进程的不断推进，规模经济不断扩大，自然资源特别是能源资源的大量消耗，人类对新能源的需求日益迫切。自上世纪70年代以来，传统能源大量消耗所带来的能源危机问题和与此同时产生的环境污染问题，使人们逐渐开始重视提高能源的利用效率，并开发具有高效、节能、可再生的新能源，如提高一次化石能源的利用效率，大力开发风能、太阳能、地热能等新能源。

储热技术的利用实现了不稳定能源的储存，并将稳定输送给终端使用。储热材料的研发是储热技术的关键，目前开发的储热材料种类繁多，常见的有熔融盐、有机相变材料、混凝土、金属、陶瓷、沙石及复合储热材料等。其中复合储热材料储热密度高、导热系数大、腐蚀小和使用寿命长，受到国内外学者的关注。例如，美国Randy.P和Terry.e等人采用压制成型制备了NaCO₃-BaCO₃/MgO复合储能材料模块。德国Gluck和Hahne等人利用20～50％的Na₂SO₄与石英砂复合采用压制成型制备了储热砖，含质量比20％Na₂SO₄的复合储热材料是相同体积的纯石英陶瓷的储热密度的2.5倍。Kazushi等提出了一种以铜为相变材料，在其表面电镀一层镍作为保护层的高温复合储热材料。我国的张仁元等于1990年初，采用混合烧结法制备了Na₂CO₃-BaCO₃/MgO、Na₂SO₄/SiO₂等显热/潜热复合相变储能材料。吴建锋等采用SiC为主要材料制备陶瓷球壳，然后在球壳内封装相变材料。

蛭石具有高的比表面积、优良的吸附能力、耐高温和耐腐蚀的特点，是一种良好的硅酸盐无机类复合储热材料载体。目前，以蛭石为载体的复合相变储热材料也受到国内外学者的关注。但这些复合储热材料基本上采用有机相变材料与蛭石复合，使用温度低、范围窄。丁锐等以月桂酸/葵酸(7:3)为相变材料，蛭石为载体制备了复合相变储热材料。Ahmet Sari等以硬脂酸为相变材料，蛭石为载体，制备了硬脂酸/蛭石复合相变储能材料，该相变材料可应用于建筑节能。

基于现有技术的状况，需要提供一种充分利用蛭石的优点与相变材料复合的定型相变复合储热材料，以提高储热材料的新能，拓展蛭石基复合储热材料的应用范围。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种蛭石基复合相变储热材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种蛭石基复合相变储热材料，该材料由按质量份计的蛭石15～38份、相变材料50～72份和石墨10～15份组成。

所述的蛭石基复合相变储热材料的第一优选方案，该材料由按质量份计的蛭石20份、相变材料70份和石墨10份组成。

所述的蛭石基复合相变储热材料的第二优选方案，所述蛭石为膨胀蛭石，比重为60-180kg/m³，含按质量百分数计的SiO₂37-43％、Al₂O₃9-17％、MgO 11-23％和Fe₂O₃5-24％。

所述的蛭石基复合相变储热材料的第三优选方案，所述相变材料为石蜡、赤藓糖醇、脂肪酸或NaNO₃、KNO₃、Li₂CO₃、Na₂CO₃、NaCl、KCl及其混合物。

一种制备所述蛭石基复合相变储热材料的方法，包括下述步骤：

1)原料处理；

2)混合配料；

3)成型；

4)干燥烧结。

所述的蛭石基复合相变储热材料的制备方法的第一优选技术方案，步骤1所述原料处理包括于120℃下，将膨胀蛭石和相变材料分别干燥2～4h和4～8h，再破碎至100-200目。

所述的蛭石基复合相变储热材料的制备方法的第二优选技术方案，步骤2所述混合配料时喷洒按质量计的2～5份的水，均化24～48h。

所述的蛭石基复合相变储热材料的制备方法的第三优选技术方案，步骤3的成型压力为15～60Mpa，并恒压10～60s。

所述的蛭石基复合相变储热材料的制备方法的第四优选技术方案，步骤4包括于30～90℃下干燥4～8h；于120～900℃下，无氧气氛烧结0.5～2h。

所述的蛭石基复合相变储热材料用于太阳能、风力发电储热换热系统、工业余热利用和移动储热车或移动储热站领域的用途。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

1)本发明制备的蛭石基复合相变储热材料具有储热密度＞400kJ/kg、导热＞1/(m·K)、使用温度范围广、腐蚀小、安全可靠、成本低和使用寿命长的特点。

2)本发明制备的储热材料具有定型结构，可根据需要制备成圆片、方形、扇形、圆环 等不同形状，便于运输和安装，且在使用过程中定型的结构始终保持，相变材料发生相变只是在材料内部微观发生，不会因为相变材料变为液态而出现泄漏的问题。

3)本发明不仅适用于太阳能、风力发电储热换热等系统，还可用于工业余热利用和移动储热车或移动储热站等领域。

附图说明

图1：不同形状蛭石基复合相变储热材料

图2：实施例1蛭石基复合相变储热材料的相变热焓

图3：实施例1蛭石基复合相变储热材料的比热容

具体实施方式

实施例1

1.原料处理

1)将经过高温膨胀的蛭石于120℃下干燥3h，破碎至180目，制得粉料A。

2)将赤藓糖醇于80℃下干燥6h，破碎至200目，制得粉料B。

2.制备工艺流程

1)将20份的粉料A，70份的粉料B，10份的石墨，混合均匀，同时喷洒2份的水，制得混合料C。

2)将混合料C均化24h，然后用压力成型机成型，成型压力为30MPa，保压时间10s。制得圆片形的储热材料，直径为30mm，厚度为8mm。

3)将储热材料在80℃下干燥4h，然后在150℃,无氧气氛下烧结并保温1h，自然冷却制得蛭石基复合相变储热材料。

实施例2

1.原料处理

1)将经过高温膨胀的蛭石于120℃下干燥3h，破碎至150目，制得粉料A。

2)将KNO₃于120℃下干燥6h，破碎至200目，制得粉料B。

2.制备工艺流程

1)将30份的粉料A，60份的粉料B，10份的石墨，混合均匀，同时喷洒3份的水制得混合料C。

2)将混合料C均化24h，然后用压力成型机成型，成型压力为35MPa，保压时间12s。制得圆片形的储热材料，直径为50mm，厚度为18mm。

3)将储热材料在80℃下干燥4h，然后在340℃,无氧气氛下烧结并保温1h，自然冷却制得蛭石基复合相变储热材料。

实施例3

1.原料处理

1)将经过高温膨胀的蛭石于120℃下干燥3h，破碎至120目，制得粉料A。

2)将质量比为5.1:4.9的Na₂CO₃：Li₂CO₃混合盐作为相变材料于120℃下干燥6h，破碎至200目，制得粉料B。

2.制备工艺流程

1)将25份的粉料A，65份的粉料B，10份的石墨，混合均匀，同时喷洒4份的水制得混合料C。

2)将混合料C均化24h，然后用压力成型机成型，成型压力为40MPa，保压时间15s。制得圆环形的储热材料，外直径为74mm，内直径为32mm，厚度为18mm。

3)将储热材料在80℃下干燥4h，然后在550℃,无氧气氛下烧结并保温1h，自然冷却制得蛭石基复合相变储热材料。

实施例4

1.原料处理

1)将经过高温膨胀的蛭石于120℃下干燥3h，破碎至180目，制得粉料A。

2)将赤藓糖醇于80℃下干燥6h，破碎至150目，制得粉料B。

2.制备工艺流程

1)将30份的粉料A，60份的粉料B，10份的石墨，混合均匀，同时喷洒3份的水，制得混合料C。

2)将混合料C均化30h，然后用压力成型机成型，成型压力为50MPa，保压时间10s。制得方形的储热材料，长和宽为30mm，高为8mm。

3)将储热材料在80℃下干燥5h，然后在150℃,无氧气氛下烧结并保温1.5h，自然冷却制得蛭石基复合相变储热材料。

实施例5

1.原料处理

1)将经过高温膨胀的蛭石于120℃下干燥3h，破碎至150目，制得粉料A。

2)将NaCl于120℃下干燥6h，破碎至120目，制得粉料B。

2.制备工艺流程

1)将30份的粉料A，58份的粉料B，12份的石墨，混合均匀，同时喷洒4份的水，制得混合料C。

2)将混合料C均化28h，然后用压力成型机成型，成型压力为20MPa，保压时间20s。制得圆片形的储热材料，直径为30mm，厚度为8mm。

3)将储热材料在80℃下干燥4h，然后在810℃，无氧气氛下烧结并保温1h，自然冷却制得蛭石基复合相变储热材料。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。