一種低溫無機相變儲能材料及其製備方法與流程
2023-06-07 09:46:01
本發明無機材料技術領域，具體涉及一種低溫無機相變儲能材料及其製備方法。
背景技術：
相變材料是一種利用其自身物理性質轉變過程中吸收或釋放的大量潛熱，來實現儲能並調控至適宜溫度。隨著北方霧霾的日益嚴重，如何節能減排已然成為北方採暖的重中之重；隨著山東疫苗事件的發生，如何保持適宜低溫同樣成為冷鏈物流過程中的控制點。在此時機下，相變儲能材料在解決能源供需時空不匹配的問題上提供了適宜的解決方案。
單一中低溫水合無機相變儲能材料相變潛熱值較大（≥200kj/kg），尤其是單位體積儲熱密度高（≥400kj/l），且其無毒無害，得到了廣泛的應用重視。但是單一相變儲能材料並非完全適用於不同應用所需的控溫範圍，因而在主體相變材料中添加適當的溫度調節劑成為必不可少的一種手段。中國專利cn103666378a便對三水醋酸鈉這一主體材料進行溫度調節，降低其相變溫度，以適用於坐臥涼墊。
通常加入溫度抑制劑會使主體相變材料的潛熱值下降很多，且當溫度抑制劑添加量過多時整個材料體系穩定性及使用壽命會隨之減少。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的不足，目的之一是在於提供低溫無機相變儲能材料，該材料採用複合溫度抑制劑，該兩種溫度抑制體系具有相互協同降溫的功效，可達到焓值較高的情況的，降溫效果明顯的結果。
為了解決上述問題，本發明採取的技術方案為：
一種低溫無機相變儲能材料，按質量百分比計，所述低溫無機相變儲能材料包括如下組份：主體相變材料70~98%，溫度抑制劑a0.5~15%，溫度抑制劑b0.5~15%，增稠劑0.5~5%，成核劑0.5~5%。
所述主體相變材料為水合無機鹽相變材料。
所述水合無機鹽相變材料為六水氯化鈣，十水硫酸鈉，三水醋酸鈉，十二水磷酸氫二鈉，十水碳酸鈉，十水硫酸鎂，五水硫代硫酸鈉，八水氫氧化鋇或十二水硫酸鋁銨。
所述溫度抑制劑a為硝酸鋅、硝酸鋰、硝酸鈣、硝酸鎂、硝酸鈉、硝酸鉀等硝酸鹽中一種。
所述溫度抑制劑b為氯化銨。
所述增稠劑為高吸水樹脂、氣相二氧化矽、聚丙烯醯胺、羧甲基纖維素、膨潤土、聚丙烯酸鈉、明膠、黃原膠、澱粉、瓜爾膠中的一種或幾種。
所述成核劑為焦磷酸鈉、磷酸氫二鈉、醋酸鈉、硫酸鈉、硼砂、硫酸鋇、氯化鋇、氯化鍶、氫氧化鋇、氟化鈣、氟化鈉、納米二氧化矽、納米二氧化鈦等中的一種或幾種。
另外，本發明還提供了所述低溫無機相變儲能材料的製備方法，具體步驟為：按質量百分比，首先將主體相變材料置於反應釜中加熱至一定的溫度攪拌溶融，隨後加入溫度抑制劑a，攪拌溶融後再加溫度抑制劑b，然後將增稠劑緩慢加入到反應釜中，待混合物呈粘稠狀後，再緩慢加入成核劑，快速攪拌20min後取出即可。
並且本發明還提供了所述低溫無機相變儲能材料在暖手寶、小廚寶、相變空調以及相變地暖系統中的應用。
本發明提供的低溫無機相變儲能材料，與以往的相變材料相比，具有以下的明顯有益效果：本發明同現有技術相比，其主要優勢在於使用的為複合溫度抑制劑，該溫度抑制體系具有相互協同降溫的效果，硝酸鹽（mno3，m為相應金屬離子）與氯化銨的結合，可在溶液中產生四種分散離子，其中任意兩兩互相組合即可產生四種協同降溫鹽（mcl、nh4no3、mno3、nh4cl），此降溫體系中，溫度抑制劑用量小，焓值下降程度有限，同時也可通過協同作用起到良好的降溫效果，最終達到焓值高，降溫效果明顯的結果。
附圖說明
圖1為本發明實施例1所製備無機相變儲能材料的dsc測試結果圖。
圖2為本發明實施例1所製備無機相變儲能材料的循環穩定性測試結果圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明做進一步說明。
實施例1
一種低溫無機相變儲能材料，由如下方法進行製備：（1）取三水醋酸鈉96.5g，硝酸鈉1g，氯化銨1g，澱粉0.5g，焦磷酸鈉1g，備用；（2）先將三水醋酸鈉在反應釜中加熱至75℃攪拌溶融，隨後加入硝酸鈉，攪拌溶融後再加入氯化銨，然後將澱粉緩慢加入到反應釜中，調節轉速至1000r/min快速攪拌，待呈粘稠狀後，再緩慢加入1g焦磷酸鈉，快速攪拌20min後取出即得所述低溫無機相變儲能材料。
使用差示量熱掃描儀（dsc）測試所述製備無機相變儲能材料的相變溫度，結果如圖1所示，其相變溫度為50℃；其循環穩定性圖如圖2所示，潛熱值為270kj/kg；循環2500次無衰減。可有效應用於暖手寶、小廚寶等方向。
實施例2
一種低溫無機相變儲能材料，由如下方法進行製備：（1）取六水氯化鈣91.4g，硝酸鋰1.7g，氯化銨1.9g，氣相二氧化矽2g，氯化鋇3g，備用；（2）先將六水氯化鈣在反應釜中加熱至45℃攪拌溶融，隨後加入硝酸鋰，攪拌溶融後再加入氯化銨，然後將氣相二氧化矽緩慢加入到反應釜中，調節轉速至900r/min快速攪拌待呈粘稠狀後，再緩慢加入氯化鋇，快速攪拌20min後取出即得所述低溫無機相變儲能材料。
使用差示量熱掃描儀（dsc）測試所述製備無機相變儲能材料的相變溫度，結果顯示，其相變溫度為13℃；焓值為160kj/kg；循環5000次無衰減。可在相變空調中得到很好的應用。
實施例3
一種低溫無機相變儲能材料，由如下方法進行製備：（1）取十水硫酸鈉94.9g，硝酸鈉0.05g，氯化銨0.05g，聚丙烯酸鈉2g，硼砂3g，備用；（2）先將十水硫酸鈉在反應釜中加熱至45℃攪拌溶融，隨後加入硝酸鈉，攪拌溶融後再加入氯化銨，然後將聚丙烯酸鈉緩慢加入到反應釜中，調節轉速至800r/min快速攪拌待呈粘稠狀後，再緩慢加入硼砂，快速攪拌20min後取出即得所述低溫無機相變儲能材料。
使用差示量熱掃描儀（dsc）測試所述製備無機相變儲能材料的相變溫度，結果顯示，其相變溫度為30℃；焓值為240kj/kg；循環5000次無衰減。可應用於谷電充熱的相變地暖系統中。
對比例1
一種低溫無機相變儲能材料，由如下方法進行製備：（1）取三水醋酸鈉96.5g，硝酸鈉2g，澱粉0.5g，焦磷酸鈉1g，備用；（2）先將三水醋酸鈉在反應釜中加熱至75℃攪拌溶融，隨後加入硝酸鈉，攪拌溶融後再加入氯化銨，然後將澱粉緩慢加入到反應釜中，調節轉速至1000r/min快速攪拌，待呈粘稠狀後，再緩慢加入1g焦磷酸鈉，快速攪拌20min後取出即得所述低溫無機相變儲能材料。
使用差示量熱掃描儀（dsc）測試所述製備無機相變儲能材料的相變溫度，其相變溫度為56℃；潛熱值為272kj/kg。僅使用單一硝酸鈉溫度抑制劑，即使總抑制劑用量一致，其溫度抑制效果仍舊不顯著，明顯低於實施例1中的雙重抑制效果。
對比例2
一種低溫無機相變儲能材料，由如下方法進行製備：（1）取三水醋酸鈉96.5g，氯化銨2g，澱粉0.5g，焦磷酸鈉1g，備用；（2）先將三水醋酸鈉在反應釜中加熱至75℃攪拌溶融，隨後加入硝酸鈉，攪拌溶融後再加入氯化銨，然後將澱粉緩慢加入到反應釜中，調節轉速至1000r/min快速攪拌，待呈粘稠狀後，再緩慢加入1g焦磷酸鈉，快速攪拌20min後取出即得所述低溫無機相變儲能材料。
使用差示量熱掃描儀（dsc）測試所述製備無機相變儲能材料的相變溫度，其相變溫度為55℃；潛熱值為270kj/kg。僅使用單一氯化銨溫度抑制劑，即使總抑制劑用量一致，其溫度抑制效果仍舊不顯著，明顯低於實施例1中的雙重抑制效果。
對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。
此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。