本发明涉及相变储能领域，是材料科学领域与能源科学领域的交叉领域，尤其涉及了一种防相分离凝胶低温相变材料及其制备方法。
背景技术：
近年来，随着人们环保意识的增加，能源的紧张和能源使用过程中环境污染的问题导致人们迫切开发使用新型能源，如太阳能、风能等间歇性清洁能源。并且，我国为了克服电力负荷峰谷差的严重现象，实施了电价政策以鼓励民众和工业使用低谷电力最终达到“移峰填谷”的目的。相变蓄冷材料作为能量的贮存体，能在电力负荷的低谷把能量储存起来，再在电力负荷的高峰缓慢地释放出能量等，在使用间歇性清洁能源和节能方面具有重要意义。
相变材料的原理是相变材料在固态(或液态)转化为液态(或固态、气态)的过程中会吸收或释放大量的潜热。这些释放的潜热能供用户使用，如蔬菜、水果、药品的冷链运输等，从而控制了运输过程中的温度环境以及产品的质量等。
相变材料作为能量的贮存体，能较好的解决能源紧张问题，所以相变材料被广泛用于各个行业中，但是目前的相变材料普遍存在过冷和相分离现象，且稳定性差，相变潜热小。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种防相分离凝胶低温相变材料及其制备方法。
本发明提出一种防相分离凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：纤维素系高吸水树脂凝胶基材1-5份、主储能剂90-98份、成核剂1-5份。
优选地，所述纤维素系高吸水树脂凝胶基材为活化的纤维素原料、接枝单体、引发剂、交联剂、水解液和沉析剂。
优选地，所述接枝单体为丙烯酰胺，所述引发剂为过硫酸钾，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，所述水解液为氢氧化钠，所述沉析剂为无水乙醇。
优选地，所述主储能剂为质量浓度为5％～15％的氯化镁或氯化钠溶液中的一种或两种。
优选地，所述成核剂为浮石粉、硅藻土、氟化钡中的一种或多种。
一种防相分离凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
①纤维素的准备：将竹纸浆纤维剪碎，烘干至恒重，待用；
②纤维素的活化：每3g竹纸浆纤维，需加入100mL质量浓度比为11％：11％的氢氧化钠水溶液和尿素水溶液进行活化，然后放入温度为20℃的恒温箱中，浸泡2小时后，取出用去离子水洗至中性备用；
③凝胶基材的制备：将质量浓度为15％的丙烯酰胺溶液与步骤②中活化后的纤维素混合置于四口烧瓶中，通氮气，搅拌0.5小时后；加热到70℃，加入质量浓度为6.7％的过硫酸钾溶液，质量浓度为1.4％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液，控制速度为500r/min进行搅拌，直至生成白色凝胶物质，加入摩尔浓度为0.7mol/L的氢氧化钠溶液进行水解，搅拌分散均匀，充分水解后，用去离子水洗至中性后，用过量无水乙醇沉淀；将所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，过筛，收集60～100目的树脂即为凝胶基材保存待用；
其中制备凝胶基材的各成分：活化后的纤维素、丙烯酰胺溶液、过硫酸钾溶液、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液与氢氧化钠溶液的比例为3g:100mL：100mL：50mL：100mL；
④相变材料的制备：将步骤③制得的凝胶基材与主储能剂混合搅拌均匀后，加入成核剂，搅拌得到白色的凝胶状相变材料。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：
本发明相变材料通过纤维素接枝丙烯酰胺制得了具有增稠效果的纤维素系高吸水树脂凝胶基材，该凝胶基材加入到主储能剂体系中，具有两方面作用：一是纤维素系高吸水树脂在无机盐主储能剂的溶液中形成网络结构，使大块的晶体分隔成小的体系，并在无机盐的熔化过程中阻止盐的沉降，从而改善相变材料的相分离现象；二是纤维素接枝丙烯酰胺等聚电解质具有晶习改变剂的作用，能抑制无机盐的结晶生长，使结晶细化，从而减轻相分离程度，已达到防相分离的效果。所述相变材料原料来源广泛，成本低，无毒无味，安全可靠，稳定性好，易生物降解，可在冷链运输中推广使用；所述相变材料的可调温度范围为-15℃～-25℃，相变潜热为130～180J/g。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
本发明提出的一种防相分离凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：纤维素系高吸水树脂凝胶基材1份，主储能剂90份，成核剂1份。
其中主储能剂为质量浓度为5％的氯化镁溶液，成核剂为氟化钡。
一种防相分离凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
①纤维素的准备：将竹纸浆纤维剪碎，烘干至恒重，待用；
②纤维素的活化：称取3g竹纸浆纤维，需加入100mL质量浓度比为11％：11％的氢氧化钠水溶液和尿素水溶液进行活化，然后放入温度为20℃的恒温箱中，浸泡2小时后，取出用去离子水洗至中性备用；
③凝胶基材的制备：将100mL质量浓度为15％的丙烯酰胺溶液与步骤②中的3g活化后的纤维素混合置于四口烧瓶中，通氮气，搅拌0.5小时后；加热到70℃，加入100mL质量浓度为6.7％的过硫酸钾溶液，50mL质量浓度为1.4％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液，控制速度为500r/min进行搅拌，直至生成白色凝胶物质，加入100mL摩尔浓度为0.7mol/L的氢氧化钠溶液进行水解，搅拌分散均匀，充分水解后，用去离子水洗至中性，然后用无水乙醇沉淀；将所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，过筛，收集60～100目的树脂即为凝胶基材保存待用；
④相变材料的制备：将1份凝胶基材与90份质量浓度为5％的氯化镁溶液混合，搅拌均匀后，加入1份氟化钡，搅拌得到白色的凝胶状相变材料。
所得相变材料的相变温度为-15.8℃，相变潜热为140.4J/g。
实施例2
本发明提出的一种防相分离凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：纤维素系高吸水树脂凝胶基材2份，主储能剂93份，成核剂2份。
其中主储能剂为质量浓度为13％的氯化钠溶液，成核剂为浮石粉。
一种防相分离凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
①纤维素的准备：将竹纸浆纤维剪碎，烘干至恒重，待用；
②纤维素的活化：称取3g竹纸浆纤维，需加入100mL质量浓度比为11％：11％的氢氧化钠水溶液和尿素水溶液进行活化，然后放入温度为20℃的恒温箱中，浸泡2小时后，取出用去离子水洗至中性备用；
③凝胶基材的制备：将100mL质量浓度为15％的丙烯酰胺溶液与步骤②中的3g活化后的纤维素混合置于四口烧瓶中，通氮气，搅拌0.5小时后；加热到70℃，加入100mL质量浓度为6.7％的过硫酸钾溶液，50mL质量浓度为1.4％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液，控制速度为500r/min进行搅拌，直至生成白色凝胶物质，加入100mL摩尔浓度为0.7mol/L的氢氧化钠溶液进行水解，搅拌分散均匀，充分水解后，用去离子水洗至中性，然后用无水乙醇沉淀；将所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，过筛，收集60～100目的树脂即为凝胶基材保存待用；
④相变材料的制备：将2份凝胶基材与93份质量浓度为13％的氯化钠溶液混合，搅拌均匀后，加入2份的浮石粉，搅拌得到白色的凝胶状相变材料。
所得相变材料的相变温度为-15.2℃，相变潜热为173.0J/g。
实施例3
本发明提出的一种防相分离凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：纤维素系高吸水树脂凝胶基材2份，主储能剂90份，成核剂3份。
其中主储能剂为质量浓度为13％的氯化镁溶液和浓度为5％的氯化钠溶液混合，成核剂为硅藻土。
一种防相分离凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
①纤维素的准备：将竹纸浆纤维剪碎，烘干至恒重，待用；
②纤维素的活化：称取3g竹纸浆纤维，需加入100mL质量浓度比为11％：11％的氢氧化钠水溶液和尿素水溶液进行活化，然后放入温度为20℃的恒温箱中，浸泡2小时后，取出用去离子水洗至中性备用；
③凝胶基材的制备：将100mL质量浓度为15％的丙烯酰胺溶液与步骤②中的3g活化后的纤维素混合置于四口烧瓶中，通氮气，搅拌0.5小时后；加热到70℃，加入100mL质量浓度为6.7％的过硫酸钾溶液，50mL质量浓度为1.4％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液，控制速度为500r/min进行搅拌，直至生成白色凝胶物质，加入100mL摩尔浓度为0.7mol/L的氢氧化钠溶液进行水解，搅拌分散均匀，充分水解后，用去离子水洗至中性，然后用无水乙醇沉淀；将所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，过筛，收集60～100目的树脂即为凝胶基材保存待用；
④相变材料的制备：将2份凝胶基材与90份质量浓度为13％的氯化镁溶液和质量浓度为5％的氯化钠溶液混合，搅拌均匀后，加入3份硅藻土，搅拌得到透明的凝胶状相变材料。
所得相变材料的相变温度为-23.6℃，相变潜热为147.2J/g。
实施例4
本发明提出的一种防相分离凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：纤维素系高吸水树脂凝胶基材3份，主储能剂94份，成核剂3份。
其中主储能剂为质量浓度为10％的氯化镁溶液，成核剂为浮石粉。
一种防相分离凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
①纤维素的准备：将竹纸浆纤维剪碎，烘干至恒重，待用；
②纤维素的活化：称取3g竹纸浆纤维，需加入100mL质量浓度比为11％：11％的氢氧化钠水溶液和尿素水溶液进行活化，然后放入温度为20℃的恒温箱中，浸泡2小时后，取出用去离子水洗至中性备用；
③凝胶基材的制备：将100mL质量浓度为15％的丙烯酰胺溶液与步骤②中的3g活化后的纤维素混合置于四口烧瓶中，通氮气，搅拌0.5小时后；加热到70℃，加入100mL质量浓度为6.7％的过硫酸钾溶液，50mL质量浓度为1.4％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液，控制速度为500r/min进行搅拌，直至生成白色凝胶物质，加入100mL摩尔浓度为0.7mol/L的氢氧化钠溶液进行水解，搅拌分散均匀，充分水解后，用去离子水洗至中性，然后用无水乙醇沉淀；将所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，过筛，收集60～100目的树脂即为凝胶基材保存待用；
④相变材料的制备：将3份凝胶基材与94份质量浓度为10％的氯化镁溶液混合，搅拌均匀后，加入3份浮石粉，搅拌得到白色的凝胶状相变材料。
所得相变材料的相变温度为-17.3℃，相变潜热为133.6J/g。
实施例5
本发明提出的一种防相分离凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：纤维素系高吸水树脂凝胶基材5份，主储能剂98份，成核剂5份。
其中主储能剂为质量浓度为15％的氯化钠溶液和质量浓度为5％的氯化镁溶液混合，成核剂为硅藻土。
一种防相分离凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
①纤维素的准备：将竹纸浆纤维剪碎，烘干至恒重，待用；
②纤维素的活化：称取3g竹纸浆纤维，需加入100mL质量浓度比为11％：11％的氢氧化钠水溶液和尿素水溶液进行活化，然后放入温度为20℃的恒温箱中，浸泡2小时后，取出用去离子水洗至中性备用；
③凝胶基材的制备：将100mL质量浓度为15％的丙烯酰胺溶液与步骤②中的3g活化后的纤维素混合置于四口烧瓶中，通氮气，搅拌0.5小时后；加热到70℃，加入100mL质量浓度为6.7％的过硫酸钾溶液，50mL质量浓度为1.4％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液，控制速度为500r/min进行搅拌，直至生成白色凝胶物质，加入100mL摩尔浓度为0.7mol/L的氢氧化钠溶液进行水解，搅拌分散均匀，充分水解后，用去离子水洗至中性，然后用无水乙醇沉淀；将所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，过筛，收集60～100目的树脂即为凝胶基材保存待用；
④相变材料的制备：将5份凝胶基材与98份质量浓度为15％的氯化钠溶液和质量浓度为5％的氯化镁溶液混合，搅拌均匀后，加入5份硅藻土，搅拌得到白色的凝胶状相变材料。
所得相变材料的相变温度为-19.4℃，相变潜热为157.8J/g。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。