一种复合体相变水凝胶及其制备方法与流程

本发明属于相变材料，具体涉及一种复合体相变水凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、传统化石燃料过度开发，大规模的碳排放造成全球气候变暖、海平面上升等一系列问题，严重制约着社会经济的发展。可再生能源因其清洁性与可持续利用受到人们重点关注，但是，太阳能、风能等可持续性能源在开发应用上受到时间与空间因素的影响，不能保证全天候供应，能源无法得到有效的利用和及时存储。因此，寻找一种高效的储能材料是解决能源供需不匹配的重要保障。

2、相变储能材料作为一种高储能、高节能的功能性材料受到相关研究者们重视。相变储能材料的储热技术包括显热储存、化学能储存及潜热储存。显热储存较小的系统规模以及化学能储存复杂的反应过程限制了其大规模应用。潜热储存的储热能力主要取决于相变材料自身的潜热值，利用物态转变过程中能量的吸收和释放进行能量的转换。另外，相变材料在相变过程中可以保持恒温，储热密度大，安全性高，易于设计，使用方便，能够实现对能源的高效利用，因此在太阳能热利用、废热余热回收、电力“移峰填谷”、热管理系统及建筑节能等领域有着广泛的应用前景。

3、相变储能材料按照材料的相变温度，可以分为低温(<100℃)、中温(100-300℃)和高温(>300℃)相变材料。按照材料的组成，又可以分为有机(石蜡、脂肪酸、酯类等)和无机(盐金属和合金、水合盐)相变材料。与有机相变储能技术相比，无机水合盐相变储能技术是利用中低温相变材料的潜热，通过融化和结晶时的吸热放热来进行能量的储存和释放，其具有储能密度大、储能温度范围广、成本廉价、性能稳定等优点。

4、但单组份的无机水合盐作为相变储能材料，其相变温度高，均在40℃以上，往往不能满足目标宽温区制冷的需求。而若采用无机水合盐与其他材料制备复合相变水凝胶材料，无机水合盐与其他相变材料相容性较差，无机水合盐的添加量高会导致水凝胶脱水，单位质量复合相变材料中所容纳的无机水合盐相变体含量较少，进而导致复合相变材料的蓄能能力较低，使其在实际应用中受限。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中无机水合盐的添加量高会导致水凝胶脱水的缺陷，从而提供一种复合体相变水凝胶及其制备方法。

2、为此，本发明提供了以下技术方案。

3、一方面，本发明提供了一种复合体相变水凝胶，原料以质量百分比计，包括：无机水合盐：0.5～5％、水：85～89.5％、聚乙烯醇-1799：5～6％、硼砂：2.5～3％、分子筛：0.1～1％。

4、进一步的，所述无机水合盐包括十水合硫酸钠、十二水合硫酸氢二钠、六水合氯化铁中的至少一种。

5、进一步的，所述分子筛为silicalite-1分子筛、sba-15分子筛和zsm-5分子筛中的至少一种。

6、进一步的，所述silicalite-1分子筛的制备方法包括：

7、a、将模板剂、硅源和水混合；

8、b、将步骤a得到的溶液加热晶化，固液分离；

9、c、将步骤b得到的固体进行煅烧，制得silicalite-1分子筛。

10、进一步的，所述模板剂包括四丙基氢氧化铵和四丙基溴化铵，其质量比为(0.12～0.16)：(0.05～0.12)。

11、进一步的，所述硅源包括气相sio2、白炭黑和正硅酸乙酯，其质量比为(0.8～1.2)：(0～0.1):(0.1～0.2)；

12、进一步的，步骤b中加热晶化的温度为175～180℃，时间为24～26h；

13、进一步的，步骤c中煅烧温度为520～550℃，时间5.5～6h。

14、第二方面，本发明提供了一种复合体相变水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

15、步骤1、将无机水合盐、聚乙烯醇-1799、分子筛和水混合得到溶液a；

16、步骤2、将硼砂和水混合得到溶液b；

17、步骤3、将溶液b加入溶液a中，反应得到所述的复合体相变水凝胶。

18、进一步的，所述步骤1包括：将无机水合盐、聚乙烯醇-1799、分子筛和水混合后在常温下搅拌25～30min，再在92～98℃下加热搅拌1.5～2h，得到溶液a。

19、进一步的，所述步骤2包括将硼砂和水混合后在60～65℃下搅拌1～1.2h，得到溶液b；

20、和/或

21、所述步骤3包括将溶液b加入溶液a中，搅拌0.5-1min，然后在90～100℃下静置3～6h，排空气泡，得到所述的复合体相变水凝胶。

22、本发明技术方案，具有如下优点：

23、1.本发明提供的复合体相变水凝胶，原料以质量百分比计，包括：无机水合盐：0.5～5％、水：85～89.5％、聚乙烯醇-1799：5～6％、硼砂：2.5～3％、分子筛：0.1～1％。

24、本发明体系内添加有分子筛，将无机水合盐限制在分子筛孔道内，使得无机水合盐不与水凝胶直接接触，从而避免添加较高含量无机水和盐时水凝胶脱水。同时大量的孔道可以容纳更多的无机水合盐，因此可以提高无机水合盐添加量，进而增加复合体相变水凝胶材料的潜热，增加保温时间。

25、聚乙烯醇-1799与硼砂形成了三维网络结构，这种网络结构存在大量空隙，进而可以添加较高含量的分子筛，形成的水凝胶可以通过结构优化使复合体系可以添加较高含量的分子筛，进而实现较强的吸收熔融无机水合盐的能力，并且其网络结构可有效防止十水合硫酸钠熔融后与水凝胶产生相分离，从而提高复合体相变水凝胶的稳定性。

技术特征：

1.一种复合体相变水凝胶，其特征在于，原料以质量百分比计，包括：无机水合盐：0.5～5％、水：85～89.5％、聚乙烯醇-1799：5～6％、硼砂：2.5～3％、分子筛：0.1～1％。

2.根据权利要求1所述的复合体相变水凝胶，其特征在于，所述无机水合盐包括十水合硫酸钠、十二水合硫酸氢二钠、六水合氯化铁中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的复合体相变水凝胶，其特征在于，所述分子筛为silicalite-1分子筛、sba-15分子筛和zsm-5分子筛中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的复合体相变水凝胶，其特征在于，所述silicalite-1分子筛的制备方法包括：

5.根据权利要求4所述的复合体相变水凝胶，其特征在于，所述模板剂包括四丙基氢氧化铵和四丙基溴化铵，其质量比为(0.12～0.16)：(0.05～0.12)；

6.根据权利要求4所述的复合体相变水凝胶，其特征在于，步骤b中加热晶化的温度为175～180℃，时间为24～26h。

7.根据权利要求4所述的复合体相变水凝胶，其特征在于，步骤c中煅烧温度为520～550℃，时间5.5～6h。

8.一种权利要求1-7任一项所述的复合体相变水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的复合体相变水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1包括：将无机水合盐、聚乙烯醇-1799、分子筛和水混合后在常温下搅拌25～30min，再在92～98℃下加热搅拌1.5～2h，得到溶液a。

10.根据权利要求8所述的复合体相变水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2包括将硼砂和水混合后在60～65℃下搅拌1～1.2h，得到溶液b；

技术总结
一种复合体相变水凝胶及其制备方法，属于相变材料技术领域，克服了现有技术中无机水合盐的添加量高会导致水凝胶脱水的缺陷。本发明复合体相变水凝胶，原料以质量百分比计，包括：无机水合盐：0.5～5％、水：85～89.5％、聚乙烯醇‑1799：5～6％、硼砂：2.5～3％、分子筛：0.1～1％。本发明体系内添加有分子筛，将无机水合盐限制在分子筛孔道内，使得无机水合盐不与水凝胶直接接触，从而避免水凝胶脱水。同时大量的孔道可以容纳更多的无机水合盐，因此可以提高无机水合盐添加量，进而增加复合体相变水凝胶材料的保温时间。聚乙烯醇‑1799与硼砂形成了三维网络结构，可有效防止十水合硫酸钠熔融后与水凝胶产生相分离，从而提高复合体相变水凝胶的稳定性。

技术研发人员：方玉群,韩钰,王秀龙,何强,秦威南,聂京凯,朱凯,刘浩
受保护的技术使用者：国网智能电网研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15