一种制备复合相变储能材料的方法
【专利摘要】本发明涉及相变储能材料，特指一种制备复合相变储能材料的方法。其特征在于首先将天然鳞片石墨经氧化插层工艺制备膨胀石墨，然后用膨胀石墨与乳糖在400～800度氮气炉内炭化2～4h，得到支撑材料，再将其与月桂酸共混在温度为40～60度，搅拌速率在400～500rpm条件下搅拌1～3h，过滤烘干得到复合相变材料。本发明制备得到了一种新型复合相变储热材料，方法简单，稳定性好，热导率高，为建筑业提供了一种优质相变材料。
【专利说明】
一种制备复合相变储能材料的方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及相变储能材料，特指一种制备复合相变储能材料的方法。
【背景技术】
[0002] 相变储能材料具有贮热密度高、设备体积小、热效率高以及吸放热为恒温过程等 优点，它被广泛的应用在建筑，太阳能，电子元件散热，热量控制等方面。目前已被运用的相 变材料有一些脂肪酸、石蜡类、硫酸钠水合盐、氯化钙水合盐等，它们属于固-液相变材料， 另外还有多元醇，钙钛矿等的固-固相变材料。但是，所有的相变储热材料都存在热导率低 的问题，影响传热速率导致难以应用到工业中，同时，固-液相变的材料也会产生泄露，造成 污染。
[0003] 现有的提高相变储热材料导热性能的方法主要集中于在传统相变材料中用膨胀 石墨等一些多孔材料作为基体吸附相变材料，以提高复合相变材料的当量热导率。例如， San等人制备了一种定形石蜡(正十八烷)/膨胀石墨复合相变材料，膨胀石墨含量为10% (质量分数）时，石蜡在相变时无液体泄漏发生，其熔融温度为40.2°C，相变潜热可达 178.3 J/g，该复合相变材料可无需容器封装直接使用，然而，通过这种方法提高了热导率但 是同时增加新的问题：比表面积低，稳定性差，循环利用率低。另外用活性炭作为基体材料 吸附相变材料，活性炭作为一种比表面积大的材料，增强了基体材料的表面利用率。例如， Tumirah用活性炭纳米复合材料使用一步浸渍方法成功的合成了活性炭-正十八烷复合相 变材料。活性炭(AC)用作无机骨架材料，活性炭带有优良的吸附能力，和正十八烷用作相变 材料(PCM)热能存储。质量负载百分比PCM纳米复合材料中相变材料的含量为42.5wt %，但 是这样也带来了新问题，活性炭的孔容量很小，吸附的相变材料的量很少，相变潜热低，难 以应用于工业中；因此，需要一种高比表面积，高孔容量，稳定性好的材料作为支撑材料，以 大规模应用到工业生产中。
【发明内容】
[0004] 针对现有复合相变材料的不足之处，本发明提出将具有高比表面积，高孔容量的 炭炭复合材料应用到复合相变材料中，本发明的目的是提出一种新型复合相变材料。
[0005] 本发明的技术方案为:将天然鳞片石墨(60目）经水洗、除尘、烘干、酸化后，再进行 氧化处理，将氧化处理好的天然鳞片石墨与硫酸、双氧水、硝酸、重铬酸钾按照质量比为1: 3:0.1:0.5:0.1的比例混合搅拌后放入40°C恒温水浴中氧化插层一个小时后，再按照初始 加入的天然鳞片石墨与硝酸质量比为1:0.9的比例加入硝酸进行二次插层，继续反应半小 时后，水洗烘干，得到可膨胀石墨;最后将可膨胀石墨放入900°C的电阻加热炉中瞬时膨胀 30s，得到膨胀石墨。
[0006] 将膨胀石墨(EG)浸渍到磷酸与乳糖混合溶液中，浸渍比为0.9,溶液中的混合物 (乳糖和磷酸）的质量百分浓度为30%，混合物中乳糖和磷酸质量比为0.6~1.2,常温下搅 拌4h，制得EG悬浮溶液;EG悬浮溶液过滤烘干，放入氮气管式炉中炭化，400~800 °C保温2~ 4h;将产物煮沸蒸发除去磷酸根离子，月桂酸与产物炭炭复合材料按照1:2-4的质量比共 混，然后在40~60°C温度和400~500rpm搅拌速率下搅拌1~3h;最后烘干。
[0007] 其中，磷酸活化所得炭炭复合材料的孔主要是由活化后强力水洗脱除残留的磷酸 根或磷酸长链分子后形成的；因此当乳糖和磷酸的质量比对应着磷酸所占据的空间，不能 过低。也不能过高，所述乳糖与磷酸质量比为0.6~1.2。
[0008] 其中，材料的比表面积和孔结构在活化温度低于300°C时基本不发生变化，所述氮 气管式炉中炭化温度400~800 °C。
[0009] 其中，氮气管式炉中保温时间在2~4h，保温时间的改变会导致炭炭材料孔结构的 改变，影响孔容量大小。
[0010] 其中，所述产物为炭炭复合材料，将所述产物和月桂酸共混，月桂酸与炭炭复合材 料按质量比1:2~4混合，混合比例不同，复合相变材料潜热值不同。
[0011]其中，所述搅拌温度，搅拌速率和搅拌时间影响复合相变材料中相变材料是否易 泄露。
[0012] 本发明的有益效果在于：
[0013] 本发明所提供的以炭炭复合材料作为支撑材料的复合相变材料具有以下优点：
[0014] 1.热导率高。炭炭复合材料中活性炭和膨胀石墨的热导率都要比普通的材料高， 炭炭复合材料本身热导率比膨胀石墨更高，所以本发明提供的复合相变材料能够克服相变 材料热导率低的问题。
[0015] 2储存量高。活性炭虽然比表面积高，吸附力强，但是孔容量小，能吸附的相变材 料有限，而膨胀石墨虽然孔容量高，但是比表面积低，稳定性差，本发明提出的炭炭复合材 料兼顾了膨胀石墨和活性炭的优点，具有高比表面积，高孔容量和良好的稳定性，复合相变 材料的相变潜热比较高。
[0016] 3存储性好。炭炭复合材料的吸附力强，存储相变材料牢，不易发生泄漏。
[0017] 本发明制备得到了一种新型复合相变储热材料，方法简单，热导率高，为建筑业提 供了 一种优质相变材料。
【附图说明】
[0018] 图1为炭炭复合材料的SEM图，比表面积为780m2/g。
[0019] 图2为实施例1所制得的复合相变材料的SEM图，月桂酸被吸附到了炭炭复合材料 表面。
[0020] 图3为实施例1所制得的复合相变材料的潜热数据示意图。
[0021 ]表1为实施例所制得的复合相变材料的潜热数据表。
[0022]表2为实施例所制得的复合相变材料的热导率表。
【具体实施方式】 [0023] 具体实施例1:
[0024]将天然鳞片石墨(60目）经水洗、除尘、烘干、酸化后，再进行氧化处理，将氧化处理 好的天然鳞片石墨与硫酸、双氧水、硝酸、重铬酸钾按照质量比为1: 3:0.1:0.5:0.1的比例 混合搅拌后放入40 °C恒温水浴中氧化插层一个小时后，再按照初始加入的天然鳞片石墨与 硝酸按照质量比1:0.9的比例加入硝酸进行二次插层，继续反应半小时后，水洗烘干，得到 可膨胀石墨，最后将可膨胀石墨放入900 °C的电阻加热炉中瞬时膨胀30s，得到膨胀石墨;称 取〇.3g的膨胀石墨(EG)浸渍到乳糖与磷酸混合溶液中搅拌4h，混合溶液浓度为30%，其中 乳糖与磷酸质量比为〇. 6，制得EG悬浮溶液;EG悬浮溶液过滤烘干，放入氮气管式炉中炭化， 600度保温3h;将产物煮沸蒸发数次出去磷酸根离子，月桂酸与烘干后产物按照1:2的质量 比共混，在40度温度下，400rpm速率下搅拌2h;最后烘干，样品记为PCM1。
[0025] 具体实施例2:
[0026]将天然鳞片石墨(60目）经水洗、除尘、烘干、酸化后，再进行氧化处理，将氧化处理 好的天然鳞片石墨与硫酸、双氧水、硝酸、重铬酸钾按照质量比1: 3:0.1:0.5:0.1的比例混 合搅拌后放入40°C恒温水浴中氧化插层一个小时后，再按照初始加入的天然鳞片石墨与 硝酸按照质量比为1:0.9的比例加入硝酸进行二次插层，继续反应半小时后，水洗烘干，得 到可膨胀石墨，最后将可膨胀石墨放入900 °C的电阻加热炉中瞬时膨胀30s，得到膨胀石墨； 称取〇.3g的膨胀石墨(EG)浸渍到乳糖与磷酸混合溶液中搅拌4h，混合溶液浓度为30%，其 中乳糖与磷酸质量比为0.9,制得EG悬浮溶液;EG悬浮溶液过滤烘干，放入氮气管式炉中炭 化，400度保温2h;将产物煮沸蒸发数次出去磷酸根离子，月桂酸与烘干后产物按照1:3的质 量比共混，在60度温度下，500rpm速率下搅拌lh;最后烘干，样品记为PCM2。
[0027] 具体实施例3:
[0028]将天然鳞片石墨(60目）经水洗、除尘、烘干、酸化后，再进行氧化处理，将氧化处理 好的天然鳞片石墨与硫酸、双氧水、硝酸、重铬酸钾按照质量比1: 3:0.1:0.5:0.1的比例混 合搅拌后放入40°C恒温水浴中氧化插层一个小时后，再按照初始加入的天然鳞片石墨与硝 酸按照质量比为1:0.9的比例加入硝酸进行二次插层，继续反应半小时后，水洗烘干，得到 可膨胀石墨。最后将可膨胀石墨放入900 °C的电阻加热炉中瞬时膨胀30s，得到膨胀石墨;称 取〇.3g的膨胀石墨(EG)浸渍到乳糖与磷酸混合溶液中搅拌4h，混合溶液浓度为30%，其中 乳糖与磷酸质量比为1.2，制得EG悬浮溶液;EG悬浮溶液过滤烘干，放入氮气管式炉中炭化， 800度保温4h;将产物煮沸蒸发数次出去磷酸根离子，月桂酸与烘干后产物按照1:4的质量 比共混，在50度温度下，450rpm速率下搅拌3h;最后烘干，样品记为PCM3。
[0029] 表1为实施例所制得的复合相变材料的潜热数据表
[0030]
[0031] 表1表明当月桂酸和炭炭复合材料的质量比为1:2时，对比月桂酸和活性炭组成的 复合材料潜热增大，复合相变材料融化相变温度为46.20°C，相变潜热为90.72kJ/kg，凝固 相变温度为42.06°(：，相变潜热为92.591〇/1^。
[0032]表2为实施例所制得的复合相变材料的热导率表
[0034]表2表明炭炭复合材料的加入使相变材料的热导率增大。
【主权项】
1. 一种制备复合相变储能材料的方法，其特征在于:将膨胀石墨(EG)浸渍到磷酸与乳 糖混合溶液中，搅拌均匀得到EG悬浮溶液，EG悬浮溶液过滤烘干，放入氮气管式炉中炭化， 400~800°C保温2~4h;将产物煮沸蒸发除去磷酸根离子，月桂酸与产物炭炭复合材料按照 1: 2-4的质量比共混，然后在40~60°C温度和400~500rpm搅拌速率下搅拌1~3h;最后烘 干。2. 如权利要求1所述的一种制备复合相变储能材料的方法，其特征在于:浸渍比为0.9， 溶液中的混合物乳糖和磷酸的质量百分浓度为30%，混合物中乳糖和磷酸质量比为0.6~ 1.2，常温下搅拌4h，制得EG悬浮溶液。3. 如权利要求1所述的一种制备复合相变储能材料的方法，其特征在于:所述月桂酸与 产物炭炭复合材料按照1: 2的质量比共混，当月桂酸和炭炭复合材料的质量比为1: 2时，复 合相变材料融化相变温度为46.20°C，相变潜热为90.72kJ/kg，凝固相变温度为42.06°C，相 变潜热为92.59kJ/kg。4. 如权利要求1所述的一种制备复合相变储能材料的方法，其特征在于所述膨胀石墨 的制备方法为:将天然鳞片石墨(60目）经水洗、除尘、烘干、酸化后，再进行氧化处理，将氧 化处理好的天然鳞片石墨与硫酸、双氧水、硝酸、重铬酸钾按照质量比为1:3:0.1:0.5:0.1 的比例混合搅拌后放入40°C恒温水浴中氧化插层一个小时后，再按照初始加入的天然鳞片 石墨与硝酸质量比为1:0.9的比例加入硝酸进行二次插层，继续反应半小时后，水洗烘干， 得到可膨胀石墨;最后将可膨胀石墨放入900°C的电阻加热炉中瞬时膨胀30s，得到膨胀石 墨。
【文档编号】C09K5/06GK105885802SQ201610112151
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月29日
【发明人】付猛, 刘鹏, 潘翔, 王世颖, 陈智栋, 陈志刚
【申请人】常州大学