一种三元钠基盐复合相变材料及其制备方法

本发明涉及相变材料。具体地说是一种三元钠基盐复合相变材料及其制备方法。

背景技术：

1、高温熔融盐在热存储和释放过程中，经历相变过程，其形状的不稳定性导致易发生膨胀泄漏等问题，为了避免液相相变材料的泄漏和腐蚀，将相变材料分散到物理结构稳定、相变过程化学稳定的多孔基体中，提供了形态稳定的复合相变材料。多孔基体材料在高温条件下表现出很强的吸附能力，使其在相变材料的开发中得到了更广泛的应用。近年来，纳米孔材料，特别是介孔和微孔级多孔材料在相变储热技术领域得到了迅速的发展。

2、专利文献cn113004873a公开了一种熔融盐多孔硅基复合相变储热材料的制备方法，采用该方法能够制备得到熔化潜热值高、分解温度高、机械强度大且热稳定性、化学稳定性良好的熔融盐多孔硅基复合相变储热材料，该材料能够解决熔融盐在实际应用过程中熔融状态下易泄露、对设备腐蚀性强以及长期运行易产生冻堵等问题，适用于高温区域的储热。虽然专利文献cn113004873a成功的将熔融盐负载在多孔基体材料中，但是制备得到的复合相变材料的熔化潜热值最高也仅达到115.7j/g，且其导热性不理想，因此会限制其应用。对于相变材料而言，除了熔化潜热外，导热系数和比热容也是相变材料的关键热物性参数，若相变材料只具有较高的潜热但导热性性差则也会限制其在储能方面的应用。因此，有必要设计一种比热值高、导热性好的复合相变材料。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种三元钠基盐复合相变材料及其制备方法，以解决现有的熔融盐相变复合材料熔化潜热不高、导热性差、储热能力低等问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种三元钠基盐复合相变材料，三元钠基盐负载在载体材料的孔隙内；三元钠基盐由氯化钠、硫酸钠和氯化钾组成；载体材料为硅基载体材料或碳基载体材料。

4、一种三元钠基盐复合相变材料的制备方法，包括如下步骤：

5、步骤a、将三元钠基盐和载体材料分别进行干燥处理；三元钠基盐由氯化钠、硫酸钠和氯化钾组成；载体材料为硅基载体材料或碳基载体材料；

6、步骤b、将干燥后三元钠基盐和载体材料混合研磨，得到混合相变原料；

7、步骤c、将混合相变原料置于马弗炉中加热熔融，使三元钠基盐负载在载体材料的孔隙内；负载完成待自然冷却结晶，最后将产物研磨成粉末即得到三元钠基盐复合相变材料。

8、上述三元钠基盐复合相变材料的制备方法，步骤a中，三元钠基盐中氯化钠和硫酸钠的质量之比为1:2～3，三元钠基盐中氯化钾的质量分数为1～5wt％。

9、上述三元钠基盐复合相变材料的制备方法，步骤a中，硅基载体材料为mcm-41介孔分子筛或13x沸石分子筛；碳基载体材料为多壁碳纳米管mwcnts。

10、上述三元钠基盐复合相变材料的制备方法，mcm-41介孔分子筛的比孔容为1.0～1.5cm3/g，有效孔径为2.2～3.2nm，平均孔径为3.0～5.0nm，比表面积为500～900m2/g，铝硅比为50，粒径为2～3μm；13x沸石分子筛的比孔容为0.2～0.3cm3/g，有效孔径为0.9～1.0nm，平均孔径为2.0～3.0nm，比表面积为400～700m2/g，铝硅比为2.6～3.0，粒径为2～3μm；多壁碳纳米管mwcnts的比孔容为0.6～0.7cm3/g，有效孔径为3.0～15.0nm，平均孔径为16.0～17.0nm，比表面积为250～270m2/g，粒径为15～30μm。

11、上述三元钠基盐复合相变材料的制备方法，步骤a中，干燥处理的温度为120℃，干燥处理时间为6h。干燥温度过高或干燥时间过长会影响材料的热稳定性，但若干燥温度过低或干燥时间过短则会导致水分去除不彻底而影响复合相变材料的性能。

12、上述三元钠基盐复合相变材料的制备方法，步骤b中，三元钠基盐的粒径为3～20μm(该粒径范围内的三元钠基盐能够与载体材料混合均匀，在加热熔融时能够均匀负载在载体材料孔结构上)，当载体材料为硅基载体材料时，混合相变原料的粒径为2～3μm，当载体材料为碳基载体材料时，混合相变原料的粒径为3～30μm。

13、上述三元钠基盐复合相变材料的制备方法，步骤b中，混合相变原料中，载体材料的质量分数为30wt％，如果载体材料的用量过多会导致复合相变材料的储热性能大幅度下降，但若用量过少则会使复合相变材料的热稳定性、形状稳定性变差。

14、上述三元钠基盐复合相变材料的制备方法，步骤c中，加热熔融的条件为：以10℃/mi n的速率升温至700℃后保温8h。加热熔融时，若升温速率过低或过高均会导致最终制备得复合相变材料的熔化潜热降低，10℃/mi n为本发明的最佳升温速率；当熔融负载温度低于700℃时，可能会导致熔融盐不能完全熔化从而无法均匀地吸附到载体材料的孔隙中，但若温度过高则可能会产生复合相变材料分解的风险。

15、上述三元钠基盐复合相变材料的制备方法，步骤a中，三元钠基盐中氯化钠和硫酸钠的质量之比为6.39:13.61，三元钠基盐中氯化钾的质量分数为1wt％；载体材料为多壁碳纳米管mwcnts；多壁碳纳米管mwcnts的比孔容为0.66cm3/g，有效孔径为3.0～15.0nm，平均孔径为16.0～17.0nm，比表面积为250～270m2/g，粒径为15～30μm；多壁碳纳米管mwcnts的比孔容过大会导致材料的孔洞难以填满而出现空隙，影响材料的导热性，但其过小则会使的熔盐的负载量下降；多壁碳纳米管mwcnts的平均孔径和有效孔径过大会导致对相变芯材的封装性变差，易泄露，限制效应低，而过小则会使熔盐难以进入到孔道和孔壁内部，影响其负载；多壁碳纳米管mwcnts的比表面积越大则其对相变材料的吸附性越强；干燥处理的温度为120℃，干燥处理时间为6h；步骤b中，三元钠基盐的粒径为3～20μm；混合相变原料中，载体材料的质量分数为30wt％；步骤c中，加热熔融的条件为：以10℃/mi n的速率升温至700℃后保温6h。

16、本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

17、1、本发明以添加了少量氯化钾的nac l-na2so4-kc l作为三元钠基盐，以特定规格的mcm-41介孔分子筛或13x沸石分子筛为硅基载体材料，或以特定规格的多壁碳纳米管mwcnts为碳基载体材料，将三元钠基盐负载到载体材料中，制备得到了熔化潜热值高、稳定性好且具有良好导热性和较高储热能力的三元钠基盐复合相变材料，该材料能够适用于600～800℃范围的高温环境下的传热蓄热。

18、2、本发明在三元钠基盐中添加少量的氯化钾(1～5wt％)能够有效提高所制备得相变复合材料在350～500℃内其比热随着温度的升高呈上升趋势。相对于以mcm-41介孔分子筛或13x沸石分子筛为硅基载体材料而言，以特定规格的多壁碳纳米管mwcnts为碳基载体材料负载nac l-na2so4-kc l三元钠基盐制备得到的三元钠基盐复合相变材料具有更好的导热性和更高的储热能力。