具有良好太阳能捕获、转化和储存能力的复合相变储能材料的制备方法

本发明属于复合相变储能材料制备，具体的涉及一种具有良好太阳能捕获、转化和储存能力的复合相变储能材料的制备方法。

背景技术：

1、太阳能是一种清洁、无污染且取用方便的能源，利用太阳能是解决能源危机的重要途径之一。由于到达地球表面的太阳辐射能量密度不高，且受地理位置、天气、季节更替等影响表现为非连续性、稀薄性、不稳定性的特点。因此，为了保证供热、供电装置稳定运行，就需要储能材料将多余的能量储存起来。相变材料是在相变周期中具有吸收和释放热量的固有能力的材料，因其储存容量高、无毒、循环使用寿命长、化学性质稳定等优点而受到关注。利用相变储能材料的潜热储存在各个领域都有应用，包括建筑储能系统、废热回收系统、温度调节纤维、智能纺织材料、电池热管理、微电子温度管理、光伏热(pv/t)应用、空间和地面热储能应用以及温室的温度管理等。

2、相变材料按蓄热过程中相的变化可分为固-固、固-液、固-气和液-气相变材料。固-液相变材料凭借材料来源广泛、价格低廉、较高相变潜热等优点逐渐成为研究的热点，主要包括高级脂肪烃类(正十六烷、正十八烷、石蜡等)、脂肪酸及其酯类(硬脂酸、棕榈酸等)、结晶水合盐类(na2so4·10h2o、mn(no3)2·6h2o等)、熔融盐类(lif、naf、caf2等)、金属及合金类(铅-锡合金等)和高分子类(聚乙二醇等)。然而，相变材料(pcm)在熔融状态下存在导热系数低，易泄漏，传热速率低的缺点阻碍了其实际应用。为了解决上述问题，许多支撑材料被引入，例如：碳海绵、石墨烯气凝胶、碳纳米管等；在解决泄露问题的基础上还可以提高热导率。然而，传统的支撑材料存在价格昂贵、制造复杂、需要先进的制备方法等缺点。因此，寻找环保、低成本、可持续、易于制造且具有持续性能的多孔支撑材料是非常可取的。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种具有良好太阳能捕获、转化和储存能力的复合相变储能材料的制备方法。采用该方法制备的复合相变储能材料形状稳定、光热转化能力强、具有良好的热可靠性和热稳定性。

2、本发明所述的具有良好太阳能捕获、转化和储存能力的复合相变储能材料的制备方法，由以下步骤组成：

3、(1)高粱秸秆预处理

4、将高粱秸秆浸入由氢氧化钠和亚硫酸钠组成的混合溶液中进行加热，然后将高粱秸秆取出，得到脱木质素溶液；取出的高粱秸秆经热去离子水清洗3-5次后浸入过氧化氢溶液中加热至完全变为白色，最后用去离子水清洗3-5次后进行冻干得到脱木质素秸秆；

5、(2)木质素提纯

6、用盐酸溶液调节步骤(1)得到的脱木质素溶液的ph值为1.9-2.1，使木质素在酸性环境中沉淀下来，然后经离心、冻干得到木质素；

7、(3)碳点的制备

8、将步骤(2)制备得到的木质素和邻苯二胺溶于由硫酸和磷酸组成的混合溶液中进行反应，然后将反应溶液进行离心，移除未反应的固态杂质，最后将上清液透析、干燥得到碳点；

9、(4)制备高粱秸秆包覆碳点复合相变储能材料

10、将碳点溶于乙醇溶液中形成碳点溶液，然后将碳点溶液加入到聚乙二醇中进行搅拌制备得到聚乙二醇@碳点溶液，最后将步骤(1)制备得到的脱木质素秸秆加入到聚乙二醇@碳点溶液中进行真空浸渍，制备得到复合相变储能材料。

11、其中：

12、步骤(1)中采用的高粱秸秆首先进行去皮处理，控制剪切长度为3-5cm，并于103-107℃烘干20-30h。

13、步骤(1)中高粱秸秆与由氢氧化钠和亚硫酸钠组成的混合溶液的质量体积比为5-7:300-500，单位为g/ml。

14、步骤(1)中所述的由氢氧化钠和亚硫酸钠组成的混合溶液是以水为溶剂，将固体氢氧化钠和亚硫酸钠加入水中并控制混合溶液中氢氧化钠的浓度为2.5mol/l，亚硫酸钠的浓度为0.4mol/l配置得到的。

15、步骤(1)中所述的加热温度为95-98℃，加热时间为6-8h。

16、步骤(1)中所述的热去离子水是温度为95-100℃的去离子水。

17、步骤(1)中过氧化氢溶液的溶度为2.5mol/l，过氧化氢溶液的温度为95-98℃。

18、步骤(1)中所述的高粱秸秆与过氧化氢溶液的质量体积比为5-7:300-500，单位为g/ml。

19、步骤(1)中所述的冻干温度为-58～-62℃，冻干时间为20-24h。

20、步骤(2)中盐酸溶液的浓度为2mol/l。

21、步骤(2)中所述的酸性环境中沉淀指的是控制脱木质素溶液的ph值为1.9-2.1，然后静置4-8h。

22、步骤(2)中离心转速为9500-10500r/min，离心时间为8-12min；冻干温度为-58～-62℃，冻干时间为20-24h。

23、步骤(3)中木质素与邻苯二胺的质量比为1:1-3，木质素与磷酸的质量体积比为1:50，单位为g/ml。

24、步骤(3)中所述由硫酸与磷酸组成的混合溶液中，硫酸的质量浓度为40％，硫酸与磷酸的体积比为1:1。

25、步骤(3)中反应温度为215-225℃，反应时间为9.5-10.5h。

26、步骤(3)中离心转速为7800-8200r/min，离心时间为13-17min。

27、步骤(3)中透析采用的透析袋的分子量为2000da，透析时间为46-50h；干燥温度为65-75℃，干燥时间为22-24h。

28、步骤(4)所述碳点溶液中控制碳点的溶度为1.2mg/ml。

29、步骤(4)中碳点溶液与聚乙二醇的体积质量比为2.5-7.5:30，单位为ml/g。

30、步骤(4)中搅拌温度为65-75℃，搅拌时间为20-30min。

31、步骤(4)中真空浸渍时间为30-40min，真空度为0.08～0.09mpa。

32、步骤(4)中脱木质素秸秆与聚乙二醇@碳点溶液的质量比为1:50。

33、本发明所述的具有良好太阳能捕获、转化和储存能力的复合相变储能材料能够应用在热能和光能领域。

34、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

35、(1)本发明所述的具有良好太阳能捕获、转化和储存能力的复合相变储能材料的制备方法，以脱木质素的高粱秸杆作为支撑材料，将脱木质素过程脱除的木质素进行溶剂热处理，制备成碳点，并将碳点回用到脱木质素高粱秸杆中；将脱木质素的高粱秸杆浸渍聚乙二醇@碳点的复配物，制备具有良好太阳能捕获、转化和储存能力的复合相变储能材料。

36、(2)现有技术中一些生物质复合相变储能材料的制备过程中通常经过脱木质素的处理，脱除的木质素一般会作为废弃物，具有很低的利用率并且存在污染环境的问题。本发明所述的具有良好太阳能捕获、转化和储存能力的复合相变储能材料的制备方法，解决了木质素利用率低的问题，实现了高粱秸秆的全组分利用，使得该复合材料在光学以及热能领域具有应用的潜力。

37、(3)采用本发明所述制备方法制备得到的具有良好太阳能捕获、转化和储存能力的复合相变储能材料，形状稳定、光热转化能力强、具有良好的热可靠性和热稳定性，熔融潜热为168-170j/g，可实现高粱秸秆的功能化利用。