一种基于MOFs的相变储能材料及其制备方法与流程

本发明涉及有机高分子化合物其制备或化学加工技术领域中相变材料技术领域，具体是一种基于mofs的相变储能材料及其制备方法。

技术背景

随着经济的发展和科技的进步，传统能源正在以惊人的速度消耗，人类正面临着前所未有的能源短缺问题。解决这个问题的基本途径有两个：一是开发可再生能源；二是提高能源使用效率。因此，能量的储存尤为重要。热能储存系统为能量储存提供了可能性，而潜热储存是热能储存最有效的方式。相变储能材料（phasechangematerial,pcm），是利用物质在相变过程中的吸热和放热特性，进行热量储存和温度调节控制的材料，有助于提高能源使用效率，是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。

相变材料的相变过程在胶囊内部进行，对外始终保持为固态，可有效解决相变储能材料的泄露、相分离及腐蚀性问题，提高了相变芯材的稳定性和耐久性，有利于改善相变材料的应用性能。传统相变储能材料所采用的壁材为多孔材料，具体包括膨胀珍珠岩，凹凸棒土，膨胀石墨，膨胀蛭石，多孔氧化铝，活性炭等；相变储能材料所采用的芯材为有机相变材料和无机相变材料。

研究发现：传统的相变材料使用多孔材料作为壁材进行吸附时，由于壁材与芯材之间的作用力较低，容易出现芯材泄露的情况。

金属有机框架化合物（mofs）作为一种新型的有机-无机杂化材料，近年来受到广泛的关注。mofs是由金属离子或离子簇与有机配体通过自组装的形式而形成的无限晶格。其独特的性质，例如稳定的纳米孔道、高比表面积、均一且可调节的孔径、功能性孔道、可表面改性等突出性能，决定其在气体储存、催化、传感和分离方向拥有众多应用。在样品制备方面，mofs展现了巨大的优势和潜在的应用。[acs.applmater.interfaces,2014,6(13),pp10196–10204]。

此外，mofs材料由于含有金属元素，因此，在mofs材料微观孔道内部具有较强的极性，可以与被吸附物质产生较强的作用力。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的相变材料芯材易泄露的技术问题，提供一种基于mofs的相变储能材料及其制备方法。利用mofs材料对无机相变材料的吸附力，代替传统相变材料的壁材，可以有效提高相变材料壁材对芯材的吸附，从而减少泄露的问题。

实现本发明目的的技术方案如下：

基于mofs的相变储能材料，由无机相变材料作为芯材，mofs材料作为壁材，所述的无机相变材料为十水硫酸钠、六水氯化钙、四水氯化镁、七水硫酸镁、十二水磷酸氢钠和十水碳酸钠三水醋酸钠，所述的mofs材料为pt-mofs、cu-mofs、zn-mofs、zr-mofs和pd-mofs。

基于mofs的相变储能材料的制备方法包括以下步骤：

步骤1，无机相变材料的熔化，将无机相变材料与其质量分数1%的成核剂混合后加热直至无机相变材料完全熔化；

步骤2，mofs材料吸附无机相变材料的过程，将mofs材料加入步骤1得到的熔化的无机相变材料中，在磁力搅拌或超声条件下充分混合，然后在真空干燥箱，70℃的条件下进行的真空吸附，在所述步骤2，mofs材料吸附无机相变材料的过程之前，先进行mofs材料的预处理过程，将mofs材料放入真空干燥箱在110℃条件下干燥。

步骤3，取出步骤2吸附后所得产品自然冷却至室温，即制得基于mofs的相变储能材料。

相较于现有技术，本发明的有益技术效果经实验检测发现：

1）储热密度大，其储热相变潜热可达130~150j/g的范围；

2）具有良好的热循环稳定性，对其进行20次dsc热循环，热性能基本保持不变；

3）原料安全，无毒、无腐蚀且制备过程简单，成本低廉。

因此，本发明与现有技术相比具有更优良的稳定性，提高了能源使用效率，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例中的基于mofs的相变储能材料dsc图。

具体实施方式

本发明以下结合说明书附图，通过实施例对本发明内容作进一步详细说明，但不是对本发明的限定。

实施例

基于mofs的相变储能材料的制备方法：

步骤1，无机相变材料的熔化，将无机相变材料与其质量分数1%的成核剂混合后加热直至无机相变材料完全熔化；

步骤2，取洁净干燥的烧杯，加入mofs材料，在110℃烘箱中干燥30分钟；

步骤3，将步骤2得到的干燥的mofs材料加入步骤1得到的熔化的无机相变材料中，进行超声混合10min，使无机相变材料与mofs材料混合均匀；将混合后样品放入70℃真空烘箱，抽真空吸附8小时，期间每隔2小时，将样品取出进行磁力搅拌，促进mofs材料对相变材料的充分吸附；

步骤4，取出样品，自然冷却至室温，即得所制备的导热增强mofs相变储能材料。

所得基于mofs的相变储能材料经dsc实验测定，结果如图1所示，相变潜热134.8j/g。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于MOFs的相变储能材料，由无机相变材料作为芯材，MOFs材料作为壁材组成。其制备方法包括：1）无机相变材料的熔化；2）MOFs材料吸附无机相变材料的过程；3）取出真空吸附后所得产品过程。本发明具有以下优点：1）热相应速度快，即热传导性能高；2）储热密度大；3）对相变材料吸附性能好，不易泄露；4）原料安全，无毒、无腐蚀且制备过程简单，成本低廉的技术特点。因此，本发明具有更优良的导热性和稳定性，提高了能源使用效率，具有广阔的应用前景。

技术研发人员：阳家盛
受保护的技术使用者：桂林市庆通有色金属工艺材料开发有限公司
技术研发日：2017.06.07
技术公布日：2018.12.14