一種多孔複合有機相變蓄熱材料及其製備方法
2023-05-28 16:07:26
專利名稱：一種多孔複合有機相變蓄熱材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及應用於建築外牆的能源材料領域，具體地說涉及一種多孔複合有機相變蓄熱材料及其製備方法。
背景技術：
某種材料吸收熱能後溫度升高，即利用溫差蓄熱為顯熱蓄熱材料。材料吸收熱能後發生相變但溫度不變或溫度變化極微為潛熱蓄熱材料。利用相變能蓄熱的材料其蓄熱能力遠遠大於顯熱蓄熱材料，其具有恆溫吸、放熱特性。相變蓄熱材料在其本身發生相變的過程中，吸收環境的熱量，並在需要時向環境放出熱量，從而達到控制周圍環境溫度和節能的目的。它在製冷空調、建築節能、太陽能利用、熱能回收等領域都有廣泛的應用前景。目前常用的相變蓄熱材料主要包括無機物和有機物兩大類。絕大多數無機物相變蓄熱材料具有腐蝕性而且在相變過程中具有過冷和相分離的缺點，影響了其蓄熱能力；而有機物相變蓄熱材料不僅腐蝕性小、在相變過程中幾乎沒有相分離的缺點，且化學性能穩定、價格便宜。不過現有的有機物相變蓄熱材料也存在成分單一，相變潛熱低，物質密度小等缺點。有機物相變蓄熱材料主要包括石蠟(烷烴類)、脂肪酸類、脂類、醇類、高分子聚合物類等，在實際應用過程中，脂肪酸類、脂類、醇類穩定性差，且大多存在一定的腐蝕性，高分子聚合物的成本較高，將其製備成穩定的相變蓄熱材料工序複雜，不宜推廣。另一方面，相變蓄熱材料在熔化吸熱時變成了液態，因此需要容器封裝。目前通過微孔材料或介孔材料對相變蓄熱材料進行封裝，封裝材料的選擇一方面要考慮封裝成本和操作難易程度，另外還要考慮對相變蓄熱材料的封裝量和對材料性能的影響。如金屬類材料作為封裝載體製備工藝複雜，反應要求高，而且不利於回收，因此不宜作為優選的封裝載體。
發明內容
發明目的本發明的目的是提供一種應用於建築外牆的無毒、無腐蝕性的多孔複合有機相變蓄熱材料，以解決蓄熱材料液相洩漏問題，本發明還公開了該材料的製備方法。技術方案本發明的一種多孔複合有機相變蓄熱材料為正十八烷和正二十烷的共熔混合物，載體為分子篩，所述相變蓄熱材料和分子篩的質量比為1:廣5。本發明採用正十八烷和正二十烷的組合，得到的複合有機相變蓄熱混合物的相變溫度介於正十八烷與正二十烷的相變溫度之間，相變溫度為3(T36°C之間，適合作建築物外牆體蓄熱保溫材料，可減小室外環境熱量向室內傳遞，等到夜間環境溫度低時，再釋放到室外環境，這樣就可降低室內空調的冷負荷。一般來說，建築物外牆體的蓄熱材料的相變溫度位於3(T34°C之間，但目前很少有材料能完全符合這個要求，如正十八烷的相變溫度在 25. 5^28. 3，正二十烷的相變溫度在35. Γ38. 5°C。另外正十八烷和正二十烷比一般的水和鹽具有更大的吸附力，利於被載體封裝。所述正十八烷和正二十烷的質量比為3:7 7:3。作為本發明的優選方案，所述正十八烷和正二十烷的質量比是為5:5飛:4。所述分子篩包括3A、4A、5A、13X型分子篩的任意一種。作為本發明的優選方案，所述分子篩為13X型分子篩，該分子篩的構成式為Nei2O · Al2O3 · (2. 8 士 0. 2) SiO2 · (6_7) H2O, 有效孔徑為IOA0對於一種多孔複合有機相變蓄熱材料的製備方法，將正十八烷和正二十烷按質量比3 7 7 3混合併加熱到熔化狀態，維持溫度在50°C攪拌3(Γ60分鐘，再加入廣5倍質量的分子篩攪拌9(Γ120分鐘後烘乾。所述烘乾溫度低於複合有機相變蓄熱材料的固一液相變溫度，使其完全穩定在固相。有益效果本發明採用高穩定性的烷烴類作為相變蓄熱材料，通過將正十八烷和正二十烷進行組合，調節了相變溫度的上下限，使之正好符合建築物外牆體相變蓄熱材料的要求，本發明的相變蓄熱材料無任何腐蝕性，不會出現過冷；本發明相變蓄熱材料採用市面上常用的分子篩作為載體，解決了相變蓄熱材料在吸熱熔化時滲出的問題，提高了整體的熱穩定性；無論是相變蓄熱材料還是載體的成本都不高，適於推廣使用。本發明的相變蓄熱材料的製備方法簡單，製備條件不複雜，生產出的相變蓄熱材料具有很高的利用價值。
具體實施例方式實施例1
先將正十八烷和正二十烷按質量比3:7混合，加熱到熔化狀態，維持溫度在50°C，在 600r/min轉速下攪拌30飛0分鐘，製成均勻的有機蓄熱材料液體共熔混合物。再將液體混合物與13X分子篩按1 5混合併在600r/min轉速下攪拌100分鐘，在 27°C下烘乾lOOmin，得到多孔複合有機相變蓄熱材料。經測定，該複合相變蓄熱材料的凝固溫度為34. 7°C，熔化溫度為35. 9°C，凝固潛熱為35. 8kJ/kg，熔化潛熱為38. 6kJ/kg。實施例2
先將正十八烷和正二十烷按質量比7:3混合，加熱到熔化狀態，維持溫度在50°C，在 600r/min轉速下攪拌30飛0分鐘，製成均勻的有機蓄熱材料液體共熔混合物。再將液體混合物與4A分子篩按1 3混合併在600r/min轉速下攪拌100分鐘，在 27°C下烘乾lOOmin，得到多孔複合有機相變蓄熱材料。經測定，該複合相變蓄熱材料的凝固溫度為27. 8°C，熔化溫度為28. 9°C，凝固潛熱為56. 8kJ/kg，熔化潛熱為59. 4kJ/kg。實施例3
先將正十八烷和正二十烷按質量比5:5混合，加熱到熔化狀態，維持溫度在50°C，在 600r/min轉速下攪拌30飛0分鐘，製成均勻的有機蓄熱材料液體共熔混合物。再將液體混合物與5A分子篩按1 1混合併在600r/min轉速下攪拌100分鐘，在 27°C下烘乾lOOmin，得到多孔複合有機相變蓄熱材料。經測定，該複合相變蓄熱材料的凝固溫度為32. 9°C，熔化溫度為33. 8°C，凝固潛熱為115. 8kJ/kg，熔化潛熱為117. 3kJ/kg。實施例4
先將正十八烷和正二十烷按質量比6:4混合，加熱到熔化狀態，維持溫度在50°C，在 600r/min轉速下攪拌30飛0分鐘，製成均勻的有機蓄熱材料液體共熔混合物。再將液體混合物與3A分子篩按1 2混合併在600r/min轉速下攪拌100分鐘，在27°C下烘乾lOOmin，得到多孔複合有機相變蓄熱材料。經測定，該複合相變蓄熱材料的凝固溫度為31. 4°C，熔化溫度為32. 3°C，凝固潛熱為72. 3kJ/kg，熔化潛熱為75. ^cj/kg。試驗例
本發明通過將正十八烷和正二十烷進行組合，調節了相變溫度的上下限，使之正好符合建築物外牆體相變蓄熱材料的要求。下面通過試驗給出證明。試驗選用示差掃描量熱儀 (美國PerKinElmer公司Pyris 1 DSC型量熱儀)進行分析。根據試驗要求，配製正十八烷、正二十烷、正十八烷和正二十烷混合物(其中正十八烷佔30%，正二十烷佔70%)三種不同樣品。將不同樣品加熱熔化後以600r/min攪拌均勻4(Γ60分鐘，凝固後取樣稱重，壓塊待用。採用示差掃描量熱儀進行分析，結果如表1所
7J\ ο表1不同樣品的相變溫度和相變潛熱__
權利要求
1.一種多孔複合有機相變蓄熱材料，其特徵在於相變蓄熱材料為正十八烷和正二十烷的共熔混合物，載體為分子篩，所述相變蓄熱材料和分子篩的質量比為1:廣5。
2.根據權利要求1所述的一種多孔複合有機相變蓄熱材料，其特徵在於所述正十八烷和正二十烷的質量比為3:7 7:3。
3.根據權利要求1所述的一種多孔複合有機相變蓄熱材料，其特徵在於所述分子篩包括3A、4A、5A、13X型分子篩的任意一種。
4.一種如權利要求1所述多孔複合有機相變蓄熱材料的製備方法，其特徵在於將正十八烷和正二十烷按質量比3:7 7:3混合併加熱到熔化狀態，維持溫度在50°C攪拌3(Γ60 分鐘，再加入廣5倍質量的分子篩攪拌9(Γ120分鐘後烘乾。
5.根據權利要求4所述的多孔複合有機相變蓄熱材料的製備方法，其特徵在於烘乾溫度低於複合有機相變蓄熱材料的固-液相變溫度。
全文摘要
本發明公開了一種多孔複合有機相變蓄熱材料及其製備方法，屬於能源材料領域。該相變蓄熱材料為正十八烷和正二十烷的組合，載體為分子篩，相變蓄熱材料和分子篩的質量比為1:1~5，正十八烷和正二十烷的質量比為3:7~7:3。本發明還公開了一種該相變蓄熱材料的製備方法。本發明採用高穩定性的烷烴類作為相變蓄熱材料，通過將正十八烷和正二十烷進行組合，調節了相變溫度的上下限，使之正好符合建築物外牆體相變蓄熱材料的要求，且相變蓄熱材料無任何腐蝕性，不會出現過冷；通過用分子篩作為載體，解決了相變蓄熱材料在吸熱熔化時滲出的問題，提高了整體的熱穩定性。
文檔編號C09K5/06GK102492400SQ20111040415
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者單鋒, 方貴銀, 曹磊, 陳智 申請人:南京大學