本发明公开了一种相变石蜡乳状液潜热输送材料的制备方法，属于石蜡材料技术领域。
背景技术：
相变石蜡乳状液潜热输送材料是由水、相变石蜡以及乳化剂等成分通过乳化作用形成的的多相分散体系，具有流动性较好、无毒无腐蚀、化学性质稳定、经济、过冷度小等优点。其相变温度随添加的相变石蜡材料种类的不同而不同，既有适合制冷空调的低温石蜡乳状液，又有适合供热、余热利用等领域的高温石蜡乳状液。与显热传热相比，伴随相态变化（石蜡微粒的固液相变）的潜热传热具有热流密度大、传热温差小等优点。石蜡乳状液潜热输送材料能实现热（冷）量储存与输运介质一体化，从而大幅度提高载冷（热）媒体的热量输送密度，降低循环流量，最终实现循环功耗的大幅度降低，为集中供冷（暖）、余热回收、太阳能利用等系统及其他相关技术行业带来巨大的节能效益，有着广阔的民生及工业应用前景。
虽然石蜡乳状液潜热输送材料具有储、载热密度大的优点，但由于石蜡的导热系数低，由此所研制的石蜡乳状液潜热输送材料导热系数低于水，影响了它的传热性能。此外，由于相变石蜡与水存在密度差，研制的石蜡乳状液静置一段时间后会引起液滴上浮或下沉，发生破乳而分层，所以目前研制的石蜡乳状液潜热输送材料的稳定性还不够理想。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是：针对传统相变石蜡乳状液潜热输送材料导热系数低，传热性能差，且在储存过程中稳定性差，易发生破乳而分层的问题，提供了一种添加自制多孔棒状二氧化锡，并辅以自制复配乳化剂，与石蜡混合制得相变石蜡乳状液潜热输送材料。本发明首先利用镁条引发坩埚中1号混合粉末发生自蔓延反应，使反应生成的密度最轻的氧化铝在坩埚表面率先冷却结晶，并引发中间层的2号混合粉末反应，使氧化亚锡还原氧化铜，并生成二氧化锡熔融物，利用生成的密度较大的熔融铁水和铜水使坩埚底部的碳酸钙分解产生二氧化碳气体，从而使反应生成的氧化锡熔融物通过表层氧化铝喷射落入不锈钢盆中，迅速冷却后形成多孔棒状结构，经酸洗除杂后作为添加剂，再将斯潘-80等与聚天冬氨酸复配，制得复配乳化剂，最终与去离子水和石蜡混合均匀，经液氮快速冷却后制得相变石蜡乳状液潜热输送材料。本发明利用自制多孔棒状二氧化锡添加剂以提高乳液的导热系数，并通过辅以复配的乳化剂提高乳液的分散性能，有效解决了传统潜热输送材料导热系数低，稳定性差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）依次称取50～80g粉碎至200～400目的铝粉，300～480g粉碎至200～400目的氧化铁粉，混合均匀得1号混合粉末，再依次称取270～410g粉碎至200～400目的氧化亚锡粉，160～240g粉碎至200～400目的氧化铜粉，混合均匀得2号混合粉末，随后将30～50g粉碎至180～200目的碳酸钙粉末均匀平铺于坩埚底部，再将所得2号混合粉末均匀覆盖于碳酸钙粉末表面，随后将1号混合粉末均匀覆盖于2号混合粉末表面，并在2号混合粉末表面插一根长度为6～8cm的镁条；
（2）将上述坩埚置于不锈钢盆中，在盆中注入清水，直至水面距离坩埚口0.8～1.2cm，随后引燃镁条，使坩埚中物料自蔓延反应，待反应结束，移出坩埚，收集反应喷射进入不锈钢盆中物料碎渣，并将物料碎渣投入盛有400～500mL质量分数为2～4%盐酸的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合10～15min后，静置浸泡2～4h，过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣直至洗涤液呈中性，再将滤渣转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，随后将干燥后的滤渣置于研钵中研磨30～45min，得多孔棒状二氧化锡添加剂，备用；
（3）依次量取150～200mL斯潘-80，150～200mL吐温-80，10～15g聚天冬氨酸，30～50mL正丁醇，倒入烧杯中，再将烧杯数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为70～75℃，转速为500～600r/min条件下，恒温搅拌混合45～60min，得复配乳化剂；
（4）按重量份数计，在混料机中依次加入100～120份石蜡，20～30份上述所得复配乳化剂，70～80份去离子水，于温度为80～85℃，转速为1000～1200r/min条件下，恒温搅拌混合30～45min后，再加入3～5份步骤（2）备用多孔棒状二氧化锡添加剂和60～70份去离子水，继续恒温搅拌混合45～60min；
（5）待反应结束，趁热出料，并于转速为1200～1600r/min高速搅拌状态下，用液氮将物料迅速冷却至20～25℃，即得相变石蜡乳状液潜热输送材料。
本发明的应用方法：将本发明所得相变石蜡乳状液潜热输送材料取代纯水，加入船舶柴油机冷却水箱中，控制加入量为水箱体积的70～80%，待加入完毕，启动柴油机，经检测，本发明所得相变石蜡乳状液潜热输送材料载热密度为水的3.2～3.6倍，使用本发明所得潜热输送材料后，柴油机散热量提高50.6～55.2%，可有效节约水泵能耗60～65%。
本发明的有益效果是：
（1）本发明所得相变石蜡乳状液潜热输送材料可大幅度提高载冷（热）媒体的热量输送密度，降低循环流量，最终实现循环功耗的大幅度降低，为集中供冷（暖）、余热回收、太阳能利用等系统及其他相关技术行业带来巨大的节能效益，有着广阔的民生及工业应用前景。
（2）本发明制备步骤简单，能耗较低，适合工业化扩大生产。
具体实施方式
依次称取50～80g粉碎至200～400目的铝粉，300～480g粉碎至200～400目的氧化铁粉，混合均匀得1号混合粉末，再依次称取270～410g粉碎至200～400目的氧化亚锡粉，160～240g粉碎至200～400目的氧化铜粉，混合均匀得2号混合粉末，随后将30～50g粉碎至180～200目的碳酸钙粉末均匀平铺于坩埚底部，再将所得2号混合粉末均匀覆盖于碳酸钙粉末表面，随后将1号混合粉末均匀覆盖于2号混合粉末表面，并在2号混合粉末表面插一根长度为6～8cm的镁条；将上述坩埚置于不锈钢盆中，在盆中注入清水，直至水面距离坩埚口0.8～1.2cm，随后引燃镁条，使坩埚中物料自蔓延反应，待反应结束，移出坩埚，收集反应喷射进入不锈钢盆中物料碎渣，并将物料碎渣投入盛有400～500mL质量分数为2～4%盐酸的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合10～15min后，静置浸泡2～4h，过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣直至洗涤液呈中性，再将滤渣转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，随后将干燥后的滤渣置于研钵中研磨30～45min，得多孔棒状二氧化锡添加剂，备用；依次量取150～200mL斯潘-80，150～200mL吐温-80，10～15g聚天冬氨酸，30～50mL正丁醇，倒入烧杯中，再将烧杯数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为70～75℃，转速为500～600r/min条件下，恒温搅拌混合45～60min，得复配乳化剂；按重量份数计，在混料机中依次加入100～120份石蜡，20～30份上述所得复配乳化剂，70～80份去离子水，于温度为80～85℃，转速为1000～1200r/min条件下，恒温搅拌混合30～45min后，再加入3～5份备用多孔棒状二氧化锡添加剂和60～70份去离子水，继续恒温搅拌混合45～60min；待反应结束，趁热出料，并于转速为1200～1600r/min高速搅拌状态下，用液氮将物料迅速冷却至20～25℃，即得相变石蜡乳状液潜热输送材料。
实例1
依次称取50g粉碎至200目的铝粉，300g粉碎至200目的氧化铁粉，混合均匀得1号混合粉末，再依次称取270g粉碎至200目的氧化亚锡粉，160g粉碎至200目的氧化铜粉，混合均匀得2号混合粉末，随后将30g粉碎至180目的碳酸钙粉末均匀平铺于坩埚底部，再将所得2号混合粉末均匀覆盖于碳酸钙粉末表面，随后将1号混合粉末均匀覆盖于2号混合粉末表面，并在2号混合粉末表面插一根长度为6cm的镁条；将上述坩埚置于不锈钢盆中，在盆中注入清水，直至水面距离坩埚口0.8cm，随后引燃镁条，使坩埚中物料自蔓延反应，待反应结束，移出坩埚，收集反应喷射进入不锈钢盆中物料碎渣，并将物料碎渣投入盛有400mL质量分数为2%盐酸的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合10min后，静置浸泡2h，过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣直至洗涤液呈中性，再将滤渣转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，随后将干燥后的滤渣置于研钵中研磨30min，得多孔棒状二氧化锡添加剂，备用；依次量取150mL斯潘-80，150mL吐温-80，10g聚天冬氨酸，30mL正丁醇，倒入烧杯中，再将烧杯数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为70℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌混合45min，得复配乳化剂；按重量份数计，在混料机中依次加入100份石蜡，20份上述所得复配乳化剂，70份去离子水，于温度为80℃，转速为1000r/min条件下，恒温搅拌混合30min后，再加入3份备用多孔棒状二氧化锡添加剂和60份去离子水，继续恒温搅拌混合45min；待反应结束，趁热出料，并于转速为1200r/min高速搅拌状态下，用液氮将物料迅速冷却至20℃，即得相变石蜡乳状液潜热输送材料。
将本发明所得相变石蜡乳状液潜热输送材料取代纯水，加入船舶柴油机冷却水箱中，控制加入量为水箱体积的70%，待加入完毕，启动柴油机，经检测，本发明所得相变石蜡乳状液潜热输送材料载热密度为水的3.2倍，使用本发明所得潜热输送材料后，柴油机散热量提高50.6%，可有效节约水泵能耗60%。
实例2
依次称取65g粉碎至325目的铝粉，385g粉碎至325目的氧化铁粉，混合均匀得1号混合粉末，再依次称取320g粉碎至200～400目的氧化亚锡粉，186g粉碎至325目的氧化铜粉，混合均匀得2号混合粉末，随后将40g粉碎至200目的碳酸钙粉末均匀平铺于坩埚底部，再将所得2号混合粉末均匀覆盖于碳酸钙粉末表面，随后将1号混合粉末均匀覆盖于2号混合粉末表面，并在2号混合粉末表面插一根长度为7cm的镁条；将上述坩埚置于不锈钢盆中，在盆中注入清水，直至水面距离坩埚口1cm，随后引燃镁条，使坩埚中物料自蔓延反应，待反应结束，移出坩埚，收集反应喷射进入不锈钢盆中物料碎渣，并将物料碎渣投入盛有450mL质量分数为3%盐酸的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合12min后，静置浸泡3h，过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣直至洗涤液呈中性，再将滤渣转入烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，随后将干燥后的滤渣置于研钵中研磨40min，得多孔棒状二氧化锡添加剂，备用；依次量取180mL斯潘-80，180mL吐温-80，12g聚天冬氨酸，40mL正丁醇，倒入烧杯中，再将烧杯数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为72℃，转速为550r/min条件下，恒温搅拌混合50min，得复配乳化剂；按重量份数计，在混料机中依次加入110份石蜡，25份上述所得复配乳化剂，75份去离子水，于温度为82℃，转速为1100r/min条件下，恒温搅拌混合40min后，再加入4份备用多孔棒状二氧化锡添加剂和65份去离子水，继续恒温搅拌混合50min；待反应结束，趁热出料，并于转速为1400r/min高速搅拌状态下，用液氮将物料迅速冷却至22℃，即得相变石蜡乳状液潜热输送材料。
将本发明所得相变石蜡乳状液潜热输送材料取代纯水，加入船舶柴油机冷却水箱中，控制加入量为水箱体积的75%，待加入完毕，启动柴油机，经检测，本发明所得相变石蜡乳状液潜热输送材料载热密度为水的3.4倍，使用本发明所得潜热输送材料后，柴油机散热量提高52.6%，可有效节约水泵能耗62%。
实例3
依次称取80g粉碎至400目的铝粉，480g粉碎至400目的氧化铁粉，混合均匀得1号混合粉末，再依次称取410g粉碎至400目的氧化亚锡粉，240g粉碎至400目的氧化铜粉，混合均匀得2号混合粉末，随后将50g粉碎至200目的碳酸钙粉末均匀平铺于坩埚底部，再将所得2号混合粉末均匀覆盖于碳酸钙粉末表面，随后将1号混合粉末均匀覆盖于2号混合粉末表面，并在2号混合粉末表面插一根长度为8cm的镁条；将上述坩埚置于不锈钢盆中，在盆中注入清水，直至水面距离坩埚口1.2cm，随后引燃镁条，使坩埚中物料自蔓延反应，待反应结束，移出坩埚，收集反应喷射进入不锈钢盆中物料碎渣，并将物料碎渣投入盛有500mL质量分数为4%盐酸的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合15min后，静置浸泡4h，过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣直至洗涤液呈中性，再将滤渣转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，随后将干燥后的滤渣置于研钵中研磨45min，得多孔棒状二氧化锡添加剂，备用；依次量取200mL斯潘-80，200mL吐温-80，15g聚天冬氨酸，50mL正丁醇，倒入烧杯中，再将烧杯数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为75℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌混合60min，得复配乳化剂；按重量份数计，在混料机中依次加入120份石蜡，30份上述所得复配乳化剂，80份去离子水，于温度为85℃，转速为1200r/min条件下，恒温搅拌混合45min后，再加入5份备用多孔棒状二氧化锡添加剂和70份去离子水，继续恒温搅拌混合60min；待反应结束，趁热出料，并于转速为1600r/min高速搅拌状态下，用液氮将物料迅速冷却至25℃，即得相变石蜡乳状液潜热输送材料。
将本发明所得相变石蜡乳状液潜热输送材料取代纯水，加入船舶柴油机冷却水箱中，控制加入量为水箱体积的80%，待加入完毕，启动柴油机，经检测，本发明所得相变石蜡乳状液潜热输送材料载热密度为水的3.6倍，使用本发明所得潜热输送材料后，柴油机散热量提高55.2%，可有效节约水泵能耗65%。