一種複分解反應製備的無機納米相變儲能材料及製備方法

2023-06-07 09:21:51 3

一種複分解反應製備的無機納米相變儲能材料及製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種複分解反應製備的無機納米相變儲能材料，屬於建築低碳節能【技術領域】，是由硫酸鋁Al2(SO4)3、磷酸三鈉Na3PO4按物質的量比為1.1：2配製加工而成，產品經X衍射分析由納米級磷酸鋁AlPO4、硫酸鈉Na2SO4.10H2O和硫酸鋁Al2(SO4)3.18H2O組成，各組分摩爾百分數含量為AlPO439.2%、Na2SO4.10H2O58.8%、Al2(SO4)3.18H2O2%；產品尺度為40-60納米，DSC熱分析相變溫度26℃，熔化--凝固曲線證明無過冷和相分離問題，儲熱密度320J/g,密度1.8g/cm3。本發明產品工藝簡單，反覆使用無相分離，本發明通過快速反應，將無機鹽水合物迅速分散成納米級微粒，並被磷酸鋁包裹，無機鹽結晶水不易散失，微粒分子運動受到約束，有效控制了過冷和相分離的現象，是一種很好的相變儲能材料。
【專利說明】一種複分解反應製備的無機納米相變儲能材料及製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於建築低碳節能【技術領域】，具體地說是一種利用複分解反應製備的無機納米相變儲能材料及其製備方法。
【背景技術】
[0002]自然環境中每天產生大量的熱量，如:太陽能、動物體散發熱、燃燒熱、摩擦熱、物體運轉熱等。相變儲能材料是在其本身發生相變的過程中，吸收這些熱量的物質，並在需要時向環境釋放，而達到控制周圍環境溫度和節能的目的。按其化學組成可以分為:有機相變儲能材料、混合相變儲能材料和無機相變儲能材料。有機相變儲能材料具有化學穩定性好、相變溫度適中、無相分離等優點，然而，有機相變儲能材料導熱係數較低，致使其在儲能系統的應用中傳熱性能差，從而降低了系統的效能；混合相變儲能材料具有在一定範圍內可調的優點，但容易老化，經過幾次循環後就失去儲能效果；無機相變儲能材料具有使用範圍廣、導熱係數大、融解熱較大、貯熱密度大、相變體積變化小、毒性小、價格便宜等優點，深得人們青睞，因此這類無機儲能材料的製備和應用在專利申請方面越來越多，如:《一種無機鹽/陶瓷基高溫相變儲能材料的製備工藝》，申請號200510120619.7 ;《一種無機相變儲能材料》，申請號201210037753 ;《一種無機鹽/陶瓷基高溫相變儲能材料的製備工藝》，申請號CN200810065301.7 ;《一種高性能中溫無機相變儲能材料及其製備方法》，申請號201210557115等等。無機相變儲能材料通常存在過冷、非均勻融解和相分離等現象，致使應該儲能時不儲能，應該釋放能時不釋放能，系統中出現明顯分層，相變焓大大衰減。為了解決上述問題，各發明人提出各種方案，如《一種儲熱介質及其用途》，申請號200610104583.8，提出硝酸鎂，氯化鎂和水組成共晶的鹽水化合物；《一種無機相變儲能材料》，申請號201210037753.0，採用在無機鹽水合物中加入成核劑和分散劑；《一種無機水合鹽相變儲能材料的製備方法》，申請號200810065301.7，採用在無機鹽水合物中加防過冷劑四硼酸鈉，這些方法雖然有一`些效果，但也只局限於某些體系，在相變儲能材料選擇和使用存在一定的局限，本發明發明人研究發現，將無機鹽水合物相變儲能材料分散到納米級微粒，包裹成納米微膠囊，能很好地解決相變儲能材料的過冷和相分離問題，發明人根據這一發現和構思開發出一系列納米無機相變儲能材料，本發明就是開發的這種無機相變儲能材料之一。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在於將無機鹽水合物相變儲能材料分散到納米級微粒，並包裹在納米微膠囊中，克服相變儲能材料的過冷和相分離問題，開發出一系列與現有技術不同的無機相變儲能材料，滿足不同保溫，隔熱，儲能，調溫對象對不同無機相變材料性能的要求。
[0004]本發明一種利用複分解反應製備的無機納米相變儲能材料是由硫酸鋁Al2 (SO4) 3、磷酸三鈉Na3PO4按物質的量比為1.1:2配製加工而成，產品經X衍射分析由納米級磷酸鋁A1P04、硫酸鈉Na2SO4.1OH2O和硫酸鋁Al2 (SO4) 3.18H20組成，各組分摩爾百分數含量為AlPO439.2%、Na2SO4.1OH2O 58.8%、Al2(SO4)3.18H20 2% ;產品尺度為 40-60 納米，DSC 熱分析相變溫度26°C，熔化一凝固曲線證明無過冷和相分離問題，儲熱密度320J/g，密度1.8g/cm3。
[0005]本發明一種利用複分解反應製備的無機納米相變儲能材料的製備方法，是依次按下列步驟加工:
(1)稱取工業級硫酸鋁，為防止硫酸鋁水解，滴加0.1M稀硫酸使Al (OH) 3剛好溶解，過濾除去雜質；
(2)磷酸三鈉與硫酸鋁按物質的量比為2:1.1，稱取磷酸三鈉，加入到步驟(1)中，以500r/min的轉速攪拌反應I小時,得納米級磷酸招AlPO4沉澱,過濾，濾液濃縮到有晶體析出為止；
(3)將步驟(2)濾液加入二倍體積的乙醇，得到納米級硫酸鈉Na2SO4.1OH2O和硫酸鋁Al2 (SO4) 3- 18H20混合物沉澱，過濾；
(4)將步驟(2)納米AlPO4沉澱和步驟(3)納米級硫酸鋁Al2(SO4)3.18H20、硫酸鈉Na2SO4.1OH2O沉澱混合，加入等重量的水攪拌，40°C加熱60分鐘，得糊塗狀混合物，在不斷攪拌下升溫至60°C，保溫12分鐘，糊塗狀混合物猛烈膨脹並變成海綿狀混合物；
(5)海綿狀混合物通過超聲分散，得納米級顆粒；
(6)步驟(3)濾液蒸餾回收乙醇。
[0006]本發明原理是硫酸鈉與磷酸三鈉產生複分解反應產生硫酸鈉和納米級磷酸鋁沉澱:Al2 (SO4) 3+2Na3P04 — 3Na2S04+AlP04 I
由於過量的Al2 (SO4) 3，存在於濃縮硫酸鈉溶液中，Na2SO4和Al2 (SO4) 3不溶液乙醇，當溶液中加入二倍體積的乙醇時，便`析出納米級Na2SO4.1OH2O和Al2 (SO4) 3.18H20。
[0007]將納米級Na2SO4.1OH2O和Al2 (SO4) 3.18H20與AlPO4混合加水攪拌均勻，40°C加熱60分鐘，即得AlPO3包裹的納米級相變物質Na2SO4.1OH2O和Al2 (SO4) 3.18H20。
[0008]發明效果:
1.本發明產品相變溫度26°C，儲熱密度320J/g，無毒，無腐蝕，特別適合於住房保溫，隔熱，儲能，調溫。
[0009]2.本發明產品工藝簡單，成本低質量易控，穩定。
[0010]3.反覆使用無相分離。
[0011]4.本發明通過快速反應，將無機鹽水合物迅速分散成納米級微粒，並被磷酸鋁包裹，無機鹽結晶水不易散失，微粒分子運動受到約束，有效控制了過冷和相分離的現象，是一種很好的相變儲能材料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1，本發明產品的熔化一凝固曲線說明產品相變溫度26°C。
[0013]圖2，本發明產品加熱到50°C，移到10°C恆溫箱器中冷卻，反覆60次的熔化一凝固曲線圖和反覆365次的熔化凝固曲線圖，說明產品性質穩定，無分層和相分離現象。
【具體實施方式】
[0014]實施例1
(!)稱取工業級硫酸鋁Al2(SO4)3 376.2g，加水1000g溶解，滴0.1M稀釋硫酸，使Al (OH) 3絮狀剛好溶解，過濾除去雜質；
(2)稱取磷酸三鈉328g，加入到步驟(1)水溶液中，磷酸三鈉與硫酸鋁按物質的量比為2:1.1，邊加邊攪拌，得納米級磷酸鋁AlPO4沉澱244g，過濾，濾液濃縮至硫酸鈉飽和；
(3)將步驟(2)濾液加入二倍體積的乙醇，得到納米級硫酸鈉Na2SO4.1OH2O 966g和納米級硫酸鋁 Al2 (SO4) 3- 18H20 66.6g，過濾；
(4)將步驟(2)納米AlPO4244g和步驟(3)納米級硫酸鈉Na2SO4.1OH2O 966g和納米級硫酸鋁Al2 (SO4) 3- 18H20 66.6g混合，加入1.3公斤水攪拌，40°C加熱60分鐘，得糊塗狀混合物，在不斷攪拌下升溫至60°C，保溫12分鐘，糊塗狀混合物猛烈膨脹並變成海綿狀混合物；
(5)海綿狀混合物通過超聲分散，得納米級顆粒，密度1.8g/cm3。
[0015]本發明產品熔化一凝固曲線，如圖1,相變溫度26°C，取本發明產品加熱到50°C，移到10°C恆溫器中冷卻，反覆60次的熔化一凝固曲線和反覆365次的熔化凝固曲線曲線圖如圖2。
[0016]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式的限制，任何脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬於本發明 技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.一種複分解反應製備的無機納米相變儲能材料及其製備方法，其特徵是由硫酸鋁Al2(SO4)3、磷酸三鈉Na3PO4按物質的量比為1.1:2配製加工而成，產品經X衍射分析由納米級磷酸鋁A1P04、硫酸鈉Na2SO4.1OH2O和硫酸鋁Al2 (SO4) 3.18H20組成，各組分摩爾百分數含量為 AlPO4 39.2%,Na2SO4.1OH2O 58.8%、Al2 (SO4) 3.18H20 2% ;產品尺度為 40-60 納米，DSC熱分析相變溫度26°C，熔化一凝固曲線證明無過冷和相分離問題，儲熱密度320J/g，密度1.8g/Cm30
2.按照權利要求1所述一種利用複分解反應製備的無機納米相變儲能材料的製備方法，其特徵是依次按下列步驟加工: (1)稱取工業級硫酸鋁，為防止硫酸鋁水解，滴加0.1M稀硫酸使Al(OH)3剛好溶解，過濾除去雜質； (2)磷酸三鈉與硫酸鋁按物質的量比為2:1.1，稱取磷酸三鈉，加入到步驟(1)中，以500r/min的轉速攪拌反應I小時,得納米級磷酸招AlPO4沉澱,過濾，濾液濃縮到有晶體析出為止； (3)將步驟(2)濾液加入二倍體積的乙醇，得到納米級硫酸鈉Na2SO4.1OH2O和硫酸鋁Al2 (SO4) 3- 18H20混合物 沉澱，過濾； (4)將步驟(2)納米A1P04沉澱和步驟(3)納米級硫酸鋁Al2(SCM)3.18H20、硫酸鈉Na2SO4.1OH2O沉澱混合，加入等重量的水攪拌，40°C加熱60分鐘，得糊塗狀混合物，在不斷攪拌下升溫至60°C，保溫12分鐘，糊塗狀混合物猛烈膨脹並變成海綿狀混合物； (5)海綿狀混合物通過超聲分散，得納米級顆粒； (6)步驟(3)濾液蒸餾回收乙醇。
3.根據權利要求1所述的一種利用複分解反應製備的無機納米相變儲能材料的應用，其特徵是用於建築夾層，起保溫隔熱、儲能、調溫作用。
4.根據權利要求1所述的一種利用複分解反應製備的無機納米相變儲能材料的應用，其特徵是根據本發明產品提供的參數為建材選用。
【文檔編號】C09K5/06GK103484077SQ201310387461
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】李榮明, 駱相全 申請人:貴州中益能低碳節能科技股份有限公司