CN106118606A - 一种甘油酯/泡沫铝相变储热材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种甘油酯/泡沫铝相变储热材料的制备方法，属于储热技术领域。针对大多数有机相变材料导热性能较差，且在使用过程中，热阻会逐渐增大，进一步降低其传热系数，降低系统的换热效率的问题，本发明提供了一种甘油酯/泡沫铝相变储热材料的制备方法，本发明用蛋壳作为开孔剂，与铝铸液混合，制备泡沫铝，并在泡沫铝空隙间粘附聚多巴胺，再用掺杂有纳米石墨的单硬脂酸甘油酯熔融浸泡，冷却得甘油酯/泡沫铝相变储热材料。本发明将纳米石墨片吸附于泡沫金属的孔洞中，能在复合材料体系中形成纳米级的导热网络，这种纳米结构具有更大的比表面积和更大的性能，能够将相变材料储存的能量更快地传递到泡沫金属骨架，强化传热效果显著。
Description
技术领域
本发明涉及一种甘油酯/泡沫铝相变储热材料的制备方法，属于储热技术领域。
背景技术
能量储存的研究是能源安全与可持续发展的战略性课题，其中热能的储存和利用与国计民生息息相关。储热技术，特别是相变储热技术是合理有效利用现有能源、优化使用可再生能源和提高能源利用效率的重要技术，是近 20 年来世界节能领域一个非常活跃的研究方向。随着太阳能、工程热物理、航天技术及工业余热回 收利用等领域的相互渗透和迅猛发展，为相变储热的进一步研究和发展提供了丰厚的条件。
储热技术利用技术手段，对热能进行收集、存储与释放，是解决和缓解热能在时间、空间、强度及地点上转换和供需不匹配，提高能源利用率和保护环境的有效方式，近年来已受到国内外研究者的广泛重视。以石蜡、硬脂酸为代表的有机固－液相变材料具有相变潜热量大、相变温度范围广、无过冷及析出、化学性能稳 定、无毒、无腐蚀和价格便宜等优点。其中甘油酯作为一种潜热储能材料，具有化学稳定性良好、相变潜热大、无过冷现象和相分离现象、无腐蚀、固－液相变过程体积变化小、来源广泛、价格低廉等特点，在实际生产生活中具有广阔的应用前景。然而，大多数有机相变材料导热性能较差，且在使用过程中，热阻会逐渐增大，进一步降低其传热系数，降低系统的换热效率。因此，解决有机固－液相变材料低导热性能是促进其广泛应用的关键技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对大多数有机相变材料导热性能较差，且在使用过程中，热阻会逐渐增大，进一步降低其传热系数，降低系统的换热效率的问题，本发明提供了一种甘油酯/泡沫铝相变储热材料的制备方法，本发明用蛋壳作为开孔剂，与铝铸液混合，制备泡沫铝，并在泡沫铝空隙间粘附聚多巴胺，再用掺杂有纳米石墨的单硬脂酸甘油酯熔融浸泡，冷却得甘油酯/泡沫铝相变储热材料。本发明将纳米石墨片吸附于泡沫金属的孔洞中，能在复合材料体系中形成纳米级的导热网络，这种纳米结构具有更大的比表面积和更大的性能，能够将相变材料储存的能量更快地传递到泡沫金属骨架，强化传热效果显著。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）称取10~12g鸡蛋壳，加入粉碎机粉碎，过200目筛，将过筛后的鸡蛋壳粉末平铺在铸造模具中，用铝液注入模具，保温1~2h，冷却至室温，取出铸块，用去离子水洗涤至洗涤液不混浊，得泡沫铝，将泡沫铝浸泡在质量浓度为1%双氧水中，加入1~2g盐酸多巴胺，加热至60~70℃，得改性泡沫铝；
（2）称取2~3g可膨胀石墨，置入900~950℃电阻炉中，保温1~2min，取出，加入质量浓度为70%乙醇溶液中，以0.1r/min搅拌至膨胀石墨均匀分散在乙醇溶液中，转入超声仪中超声处理5~8h后，真空抽滤，洗涤滤渣2~3次，置入60~70℃真空干燥箱中干燥1~2h，得纳米石墨片；
（3）分别称取0.3~0.5g上述纳米石墨片，29.5~29.7g单硬脂酸甘油酯放入烧杯中，在80~90℃恒温水浴下，以200~300r/min搅拌加热1~2h，冷却至室温，待单硬脂酸甘油酯凝固后，得石墨掺杂单硬脂酸甘油酯；
（4）称取上述25~30g石墨掺杂单硬脂酸甘油酯，置入100~105℃真空干燥箱中，加热1.5~2.5h后，将上述步骤（1）制备的改性泡沫铝浸没在融化的单硬脂酸甘油酯中30~40min，冷却至室温，待单硬脂酸甘油酯凝固后，取出，得甘油酯/泡沫铝相变储热材料。
本发明的应用方法是：将本发明制备的甘油酯/泡沫铝相变储热材料制成太阳能储热板，提高相变潜热至85~88J/g，导热性能提高30~40%。
本发明的有益技术效果是：
（1）本发明制备的甘油酯/泡沫铝相变储热材料相变潜热高，导热性能好；
（2）本发明制备过程简单，环保，成本低廉。
具体实施方式
称取10~12g鸡蛋壳，加入粉碎机粉碎，过200目筛，将过筛后的鸡蛋壳粉末平铺在铸造模具中，用铝液注入模具，保温1~2h，冷却至室温，取出铸块，用去离子水洗涤至洗涤液不混浊，得泡沫铝，将泡沫铝浸泡在质量浓度为1%双氧水中，加入1~2g盐酸多巴胺，加热至60~70℃，得改性泡沫铝；称取2~3g可膨胀石墨，置入900~950℃电阻炉中，保温1~2min，取出，加入质量浓度为70%乙醇溶液中，以0.1r/min搅拌至膨胀石墨均匀分散在乙醇溶液中，转入超声仪中超声处理5~8h后，真空抽滤，洗涤滤渣2~3次，置入60~70℃真空干燥箱中干燥1~2h，得纳米石墨片；分别称取0.3~0.5g上述纳米石墨片，29.5~29.7g单硬脂酸甘油酯放入烧杯中，在80~90℃恒温水浴下，以200~300r/min搅拌加热1~2h，冷却至室温，待单硬脂酸甘油酯凝固后，得石墨掺杂单硬脂酸甘油酯；称取上述25~30g石墨掺杂单硬脂酸甘油酯，置入100~105℃真空干燥箱中，加热1.5~2.5h后，将上述制备的改性泡沫铝浸没在融化的单硬脂酸甘油酯中30~40min，冷却至室温，待单硬脂酸甘油酯凝固后，取出，得甘油酯/泡沫铝相变储热材料。
实例1
称取10g鸡蛋壳，加入粉碎机粉碎，过200目筛，将过筛后的鸡蛋壳粉末平铺在铸造模具中，用铝液注入模具，保温1h，冷却至室温，取出铸块，用去离子水洗涤至洗涤液不混浊，得泡沫铝，将泡沫铝浸泡在质量浓度为1%双氧水中，加入1g盐酸多巴胺，加热至60℃，得改性泡沫铝；称取2g可膨胀石墨，置入900℃电阻炉中，保温1min，取出，加入质量浓度为70%乙醇溶液中，以0.1r/min搅拌至膨胀石墨均匀分散在乙醇溶液中，转入超声仪中超声处理5h后，真空抽滤，洗涤滤渣2次，置入60℃真空干燥箱中干燥1h，得纳米石墨片；分别称取0.3g上述纳米石墨片，29.5g单硬脂酸甘油酯放入烧杯中，在80℃恒温水浴下，以200r/min搅拌加热1~2h，冷却至室温，待单硬脂酸甘油酯凝固后，得石墨掺杂单硬脂酸甘油酯；称取上述25g石墨掺杂单硬脂酸甘油酯，置入100℃真空干燥箱中，加热1.5h后，将上述制备的改性泡沫铝浸没在融化的单硬脂酸甘油酯中30min，冷却至室温，待单硬脂酸甘油酯凝固后，取出，得甘油酯/泡沫铝相变储热材料。
本发明的应用方法是：将本发明制备的甘油酯/泡沫铝相变储热材料制成太阳能储热板，提高相变潜热至85J/g，导热性能提高30%。
实例2
称取11g鸡蛋壳，加入粉碎机粉碎，过200目筛，将过筛后的鸡蛋壳粉末平铺在铸造模具中，用铝液注入模具，保温1.5h，冷却至室温，取出铸块，用去离子水洗涤至洗涤液不混浊，得泡沫铝，将泡沫铝浸泡在质量浓度为1%双氧水中，加入1.5g盐酸多巴胺，加热至65℃，得改性泡沫铝；称取2.5g可膨胀石墨，置入920℃电阻炉中，保温1.5min，取出，加入质量浓度为70%乙醇溶液中，以0.1r/min搅拌至膨胀石墨均匀分散在乙醇溶液中，转入超声仪中超声处理7h后，真空抽滤，洗涤滤渣2次，置入65℃真空干燥箱中干燥1.5h，得纳米石墨片；分别称取0.4g上述纳米石墨片，29.6g单硬脂酸甘油酯放入烧杯中，在85℃恒温水浴下，以250r/min搅拌加热1.5h，冷却至室温，待单硬脂酸甘油酯凝固后，得石墨掺杂单硬脂酸甘油酯；称取上述28g石墨掺杂单硬脂酸甘油酯，置入102℃真空干燥箱中，加热2.0h后，将上述制备的改性泡沫铝浸没在融化的单硬脂酸甘油酯中35min，冷却至室温，待单硬脂酸甘油酯凝固后，取出，得甘油酯/泡沫铝相变储热材料。
本发明的应用方法是：将本发明制备的甘油酯/泡沫铝相变储热材料制成太阳能储热板，提高相变潜热至86J/g，导热性能提高35%。
实例3
称取12g鸡蛋壳，加入粉碎机粉碎，过200目筛，将过筛后的鸡蛋壳粉末平铺在铸造模具中，用铝液注入模具，保温2h，冷却至室温，取出铸块，用去离子水洗涤至洗涤液不混浊，得泡沫铝，将泡沫铝浸泡在质量浓度为1%双氧水中，加入2g盐酸多巴胺，加热至70℃，得改性泡沫铝；称取3g可膨胀石墨，置入950℃电阻炉中，保温2min，取出，加入质量浓度为70%乙醇溶液中，以0.1r/min搅拌至膨胀石墨均匀分散在乙醇溶液中，转入超声仪中超声处理8h后，真空抽滤，洗涤滤渣3次，置入70℃真空干燥箱中干燥2h，得纳米石墨片；分别称取0.5g上述纳米石墨片，29.7g单硬脂酸甘油酯放入烧杯中，在90℃恒温水浴下，以300r/min搅拌加热2h，冷却至室温，待单硬脂酸甘油酯凝固后，得石墨掺杂单硬脂酸甘油酯；称取上述30g石墨掺杂单硬脂酸甘油酯，置入105℃真空干燥箱中，加热2.5h后，将上述制备的改性泡沫铝浸没在融化的单硬脂酸甘油酯中40min，冷却至室温，待单硬脂酸甘油酯凝固后，取出，得甘油酯/泡沫铝相变储热材料。
本发明的应用方法是：将本发明制备的甘油酯/泡沫铝相变储热材料制成太阳能储热板，提高相变潜热至88J/g，导热性能提高40%。
Claims (1)
1.一种甘油酯/泡沫铝相变储热材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取10~12g鸡蛋壳，加入粉碎机粉碎，过200目筛，将过筛后的鸡蛋壳粉末平铺在铸造模具中，用铝液注入模具，保温1~2h，冷却至室温，取出铸块，用去离子水洗涤至洗涤液不混浊，得泡沫铝，将泡沫铝浸泡在质量浓度为1%双氧水中，加入1~2g盐酸多巴胺，加热至60~70℃，得改性泡沫铝；
（2）称取2~3g可膨胀石墨，置入900~950℃电阻炉中，保温1~2min，取出，加入质量浓度为70%乙醇溶液中，以0.1r/min搅拌至膨胀石墨均匀分散在乙醇溶液中，转入超声仪中超声处理5~8h后，真空抽滤，洗涤滤渣2~3次，置入60~70℃真空干燥箱中干燥1~2h，得纳米石墨片；
（3）分别称取0.3~0.5g上述纳米石墨片，29.5~29.7g单硬脂酸甘油酯放入烧杯中，在80~90℃恒温水浴下，以200~300r/min搅拌加热1~2h，冷却至室温，待单硬脂酸甘油酯凝固后，得石墨掺杂单硬脂酸甘油酯；
（4）称取上述25~30g石墨掺杂单硬脂酸甘油酯，置入100~105℃真空干燥箱中，加热1.5~2.5h后，将上述步骤（1）制备的改性泡沫铝浸没在融化的单硬脂酸甘油酯中30~40min，冷却至室温，待单硬脂酸甘油酯凝固后，取出，得甘油酯/泡沫铝相变储热材料。
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