一种复合无机纳米相变储能材料及其制备方法
【专利摘要】本发明是一种复合无机纳米相变储能材料及其制备方法，属于建筑低碳节能【技术领域】,是以复合无机纳米水合物10水硫酸钠Na2SO4·10H2O、12水磷酸氢二钠Na2HPO4·12H2O、7水硫酸亚铁FeSO4·7H2O和7水硫酸钴CoSO4·7H2O共同组成的芯材，以正硅酸乙酯Si(OC2H5)4，钛酸四异丙酯Ti[(OCH(CH3)2]4和锆酸四丁酯Zr(OC4H9)4水解而成的硅胶、氧化钛、氧化锆共同组成纳米胶粉壁材，由壁材包封芯材而成复合无机相变储能材料，相变范围广，18-96.8℃，适于多种储能保温材料要求。
【专利说明】一种复合无机纳米相变储能材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑低碳节能【技术领域】，具体地说是一种复合无机纳米相变储能材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]自然环境中每天产生大量的热量，如:太阳能、动物体散发热、燃烧热、摩擦热、物体运转热等。相变储能材料是在其本身发生相变的过程中，吸收这些热量的物质，并在需要时向环境释放，而达到控制周围环境温度和节能的目的。按其化学组成可以分为:有机相变储能材料、混合相变储能材料和无机相变储能材料。有机相变储能材料具有化学稳定性好、相变温度适中、无相分离等优点，然而，有机相变储能材料导热系数较低，致使其在储能系统的应用中传热性能差，从而降低了系统的效能；混合相变储能材料具有在一定范围内可调的优点，但容易老化，经过几次循环后就失去储能效果；无机相变储能材料具有使用范围广、导热系数大、融解热较大、贮热密度大、相变体积变化小、毒性小、价格便宜等优点，深得人们青睐，因此这类无机储能材料的制备和应用在专利申请方面越来越多，如:《一种无机盐/陶瓷基高温相变储能材料的制备工艺》，申请号200510120619.7 ;《一种无机相变储能材料》，申请号201210037753 ;《一种无机盐/陶瓷基高温相变储能材料的制备工艺》，申请号CN200810065301.7 ;《一种高性能中温无机相变储能材料及其制备方法》，申请号201210557115等等。无机相变储能材料通常存在过冷、非均匀融解和相分离等现象，致使应该储能时不储能，应该释放能时不释放能，系统中出现明显分层，相变焓大大衰减。为了解决上述问题，发明人提出各种方案，如《一种储热介质及其用途》，申请号200610104583.8，提出硝酸镁，氯化镁和水组成共晶的盐水化合物；《一种无机相变储能材料》，申请号201210037753.0，采用在无机盐水合物中加入成核剂和分散剂；《一种无机水合盐相变储能材料的制备方法》，申请号200810065301.7，采用在无机盐水合物中加防过冷剂四硼酸钠，这些方法虽然有一些效果，但也只局限于某些体系，在相变储能材料选择和使用存在一定的局限，本发明发明人研究发现，将无机盐水合物相变储能材料分散到纳米级微粒，包裹成纳米微胶囊，能很好地解决相变储能材料的过冷和相分离问题，发明人根据这一发现和构思开发出一系列纳米无机相变储能材料，本发明就是开发的这种无机相变储能材料之一。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于将无机盐水合物相变储能材料分散到纳米级微粒，并包裹在纳米微胶囊中，克服相变储能材料的过冷和相分离问题，开发出一系列与现有技术不同的无机相变储能材料，满足不同保温，隔热，储能，调温对象对不同无机相变材料性能的要求。
[0004]本发明与研发一系列纳米无机相变储能材料不同的是开发的一种复合无机相变纳米储能材料。
[0005]本发明一种复合无机纳米相变储能材料及其制备方法，其特征是以复合无机纳、米胶粉做壁材，以复合纳米无机水合盐相变材料作芯材，由复合纳米胶粉壁材包封复合无机纳米水合物芯材加工而成复合无机相变纳米储能材料，所指复合无机纳米胶粉壁材是由正硅酸乙酯Si (OC2H5) 4，钛酸四异丙酯Ti [ (OCH (CH3) 2] 4和锆酸四丁酯Zr (OC4H9) 4水解而成的硅胶、氧化钛TiO2、氧化错ZrO2,折合成氧化物满足Si02/Zr02/Ti02分子间的比例为1:1: 1，所指复合无机盐纳米水合物芯材是指由纳米10水硫酸钠Na2SO4.10H20、12水磷酸氢二钠Na2HPO4.12H20、7水硫酸亚铁FeSO4.7H20和7水硫酸钴CoSO4.7H20共同组成的芯材，芯材间摩尔比为Na2SO4.IOH2O: Na2HPO4.12H20: FeSO4.7Η20: CoSO4.7Η20=1: 0.3: 0.5: 0.2，壁材和芯材的重量比为4-6: 6_4，产品尺度40-50纳米，相变温度18-96.8°C，储能密度2000-3000J/g，熔化-凝固曲线证明无过冷和相分离问题。
[0006]本发明一种复合无机纳米相变储能材料的制备方法，是依次按下列步骤加工:
(1)按比例称10水硫酸钠、12水磷酸氢二钠、7水硫酸亚铁和7水硫酸钴,加水使其刚好溶解，加入二倍体积的无水乙醇，搅拌，析出复合无机纳米级水合物芯材；
(2)按比例称取正硅酸乙酯Si(OC2H5)4，钛酸四异丙酯Ti [(OCH(CH3)2]4和锆酸四丁酯Zr (OC4H9)4，折合成氧化物满足Si02/Ti02/Zr02*子间的比例为1:1:1;
(3)将步骤(2)的混合物逐一加入步骤(1)，边加边搅拌，步骤(2)重量与步骤(I)原料重量比为4-6: 6-4 ；
(4)将步骤(3)的混合体以600-1000r/min转速进行搅拌2小时，使复合纳米壁材将复合纳米芯材进行包裹；
(5)离心脱水，固体为产品。
[0007]本发明一种复合无机纳米相变储能材料的制备方法，离心脱水后离心液蒸馏回收乙醇。
[0008]本发明一种复合无机纳米相变储能材料的应用，是根据本发明提供的参数为建材设计时应用。
[0009]本发明一种复合无机纳米相变储能材料的应用，主要是应用于建筑烘房隔热保温材料。
[0010]本发明一种复合无机纳米相变储能材料，是用于建筑隔热保温材料。
[0011]本发明一种复合无机纳米相变储能材料其原理是以复合无机相变纳米储能材料为芯材，以复合硅胶、TiO2和ZrO2作为壁材，由复合无机纳米胶粉壁材包封复合无机相变纳米储能材料芯材而成为复合无机相变纳米储能材料。本发明产品比单一无机相变纳米储能芯材有更广泛的储能、温度范围，固而具有较广泛的适用范围。本发明筛选的相变储能芯材都溶于水而不溶于乙醇，在水溶液中加入乙醇使绝大部分相变储能芯材以纳米晶粒沉淀，余下沉淀部分随着储能材料的水解，使溶液浓度增加而析出。
[0012]发明效果:
1.本发明产品相变温度18-96.8°C，储热密度160-500J/g，无毒，无腐蚀，特别适合于住房保温，隔热，储能，调温。
[0013]2.本发明产品工艺简单，成本低质量易控，稳定。
[0014]3.反复使用无相分离。
[0015]4.本发明通过快速反应，将无机盐水合物迅速分散成纳米级微粒，并被磷酸铝包裹，无机盐结晶水不易散失，微粒分子运动受到约束，有效控制了过冷和相分离的现象，是一种很好的相变储能材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明材料熔化一凝固曲线，从曲线可知本发明相变温度包括Na2SO4.IOH2O 32.4 °〇到CoSO4.7Η20 96.4°C的全部范围，是一种具有较宽使用温度范围的无机相变纳米储能材料。
【具体实施方式】
[0017]实施例1
(1)取工业级原料10水硫酸钠Na2SO4.IOH2O 257.5g, 12水磷酸氢二钠Na2HPO4.12H2086.5g，7水硫酸亚铁FeSO4WH2O Illg，7水硫酸钴CoSO4.7Η20 45g,共计500g，其中芯材摩尔比10水硫酸钠:12水磷酸氢二钠:7水硫酸亚铁:7水硫酸钴为1: 0.3: 0.5: 0.2，将500g芯材溶于865g水中，使其中最难溶的Na2HPO4.12H20刚好溶解完全，然后加入1730ml无水乙醇，搅拌析出复合无机纳米水合物；
(2)称取正硅酸乙酯Si(OC2H5)4 112g，钛酸四异丙酯182.5g和锆酸四丁酯205.5g，共计500g，摩尔比正硅酸乙酯Si (OC2H5)4:钛酸四异丙酯Ti [(OCH(CH3)2]4:锆酸四丁酯Zr (OC4H9)4=1:1:1;
(3)将步骤(2)混合物逐一加入步骤(1)，边加边搅拌，步骤(2)重量与步骤(I)原料重量比为1:1;
(4)将步骤(3)的混合物以600r/min转速进行搅拌2小时，使复合纳米壁材将复合纳米芯材进行包裹；
(5)离心脱水，滤液蒸馏回收乙醇， 固体为产品。
[0018]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式的限制，任何脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种复合无机纳米相变储能材料及其制备方法，其特征是以复合无机纳米胶粉做壁材，以复合纳米无机水合盐相变材料作芯材，由复合纳米胶粉壁材包封复合无机纳米水合物芯材加工而成复合无机相变纳米储能材料，所指复合无机纳米胶粉壁材是由正硅酸乙酯Si (OC2H5) 4，钛酸四异丙酯Ti [ (OCH (CH3) 2] 4和锆酸四丁酯Zr (OC4H9) 4水解而成的硅胶、氧化钛TiO2、氧化锆ZrO2,折合成氧化物满足Si02/Zr02/Ti02分子间的比例为1:1: 1，所指复合无机盐纳米水合物芯材是指由纳米10水硫酸钠Na2SO4.10H20、12水磷酸氢二钠Na2HPO4.12H20、7水硫酸亚铁FeSO4.7H20和7水硫酸钴CoSO4.7H20共同组成的芯材，芯材间摩尔比为Na2SO4.IOH2O: Na2HPO4.12H20: FeSO4.7Η20: CoSO4.7Η20=1: 0.3: 0.5: 0.2，壁材和芯材的重量比为4-6: 6_4，产品尺度40-50纳米，相变温度18-96.8°C，储能密度160-500J/g，熔化-凝固曲线证明无过冷和相分离问题。
2.按照权利要求1所述一种复合无机纳米相变储能材料的制备方法，其特征依次按下列步骤加工: (1)按比例称10水硫酸钠、12水磷酸氢二钠、7水硫酸亚铁和7水硫酸钴,加水使其刚好溶解，加入二倍体积的无水乙醇，搅拌，析出复合无机纳米级水合物芯材； (2)按比例称取正硅酸乙酯Si(OC2H5)4，钛酸四异丙酯Ti [(OCH(CH3)2]4和锆酸四丁酯Zr (OC4H9)4，折合成氧化物满足Si02/Ti02/Zr02*子间的比例为1:1:1; (3)将步骤(2)的混合物逐一加入步骤(1)，边加边搅拌，步骤(2)重量与步骤(I)原料重量比为4-6: 6-4 ； (4)将步骤(3)的混合体以600-1000r/min转速进行搅拌2小时，使复合纳米壁材将复合纳米芯材进行包裹； (5)离心脱水，固体为产.品。
3.根据权利要求1所述的一种复合无机纳米相变储能材料的制备方法，其特征是离心脱水后离心液蒸馏回收乙醇。
4.根据权利要求1所述的一种复合无机纳米相变储能材料的应用，其特征是根据本发明提供的参数为建材设计时应用。
5.根据权利要求1或4所述的一种复合无机纳米相变储能材料的应用，其特征主要是应用于建筑烘房隔热保温材料。
6.根据权利要求1所述的一种复合无机纳米相变储能材料，其特征是用于建筑隔热保温材料。
【文档编号】C09K5/06GK103468221SQ201310387439
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】李荣明, 骆相全 申请人:贵州中益能低碳节能科技股份有限公司