一種防洩漏凝膠低溫相變材料及其製備方法與流程
2023-08-11 09:26:06 2
本發明涉及相變儲能領域，是材料科學領域與能源科學領域的交叉領域，尤其涉及了一種防洩漏凝膠低溫相變材料及其製備方法。
背景技術：
近年來，隨著人們環保意識的增加，能源的緊張和能源使用過程中環境汙染的問題導致人們迫切開發使用新型能源，如太陽能、風能等間歇性清潔能源。並且，我國為了克服電力負荷峰谷差的嚴重現象，實施了電價政策以鼓勵民眾和工業使用低谷電力最終達到「移峰填谷」的目的。相變蓄冷材料作為能量的貯存體，能在電力負荷的低谷把能量儲存起來，再在電力負荷的高峰緩慢地釋放出能量等，在使用間歇性清潔能源和節能方面具有重要意義。
相變材料在固態(或液態)轉化為液態(或固態、氣態)的過程中會吸收或釋放大量的潛熱。這些釋放的潛熱能供用戶使用，如蔬菜、水果、藥品的冷鏈運輸等，從而控制了運輸過程中的溫度環境以及產品的質量等。
相變材料作為能量的貯存體，能較好的解決能源緊張問題，所以相變材料被廣泛用於各個行業中，但是目前的相變材料由於其本身的性能問題，使用不當問題，使得相變材料的洩漏現象廣泛存在，且現有的相變材料大部分穩定性較差，相變潛熱小。
技術實現要素：
基於背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種防洩漏凝膠低溫相變材料及其製備方法。
本發明提出一種防洩漏凝膠低溫相變材料，包括按照重量份計的如下組份：殼聚糖系高吸水樹脂凝膠基材2-7份、主儲能劑88-97份，成核劑1-5份。
優選地，所述殼聚糖系高吸水樹脂凝膠基材為殼聚糖原料、接枝單體、引發劑、交聯劑、酸鹼中和劑和沉析劑。
優選地，所述接枝單體為丙烯酸和丙烯醯胺，所述引發劑為過硫酸鉀，所述交聯劑為N,N』-亞甲基雙丙烯醯胺，所述酸鹼中和劑為氫氧化鈉，所述沉析劑為無水乙醇。
優選地，所述主儲能劑為質量濃度為5％～20％的氯化銨和氯化鈉溶液中的一種或兩種。
優選地，所述成核劑為四硼酸鈉、硅藻土、氟化鋇中的一種或多種。
一種防洩漏凝膠低溫相變材料的製備方法，具體步驟如下：
①稱取一定質量的殼聚糖加入一定體積1％的乙酸溶液中，置於60℃水浴鍋中攪拌，製得質量濃度為1％～2.5％的殼聚糖溶液；
②向殼聚糖溶液中加入引發劑過硫酸鉀預引發10分鐘；
③依次加入質量濃度為41.9％的丙烯酸水溶液、質量濃度為12.3％的丙烯醯胺水溶液和質量濃度為0.0086％的N,N』-亞甲基雙丙烯醯胺的水溶液，升溫至60℃反應5小時，出料，過濾，用去離子水洗滌沉澱3次；
上訴各試劑的用量比例為：殼聚糖粉末的質量：質量濃度為1％乙酸溶液的體積：過硫酸鉀粉末的質量：質量濃度為41.9％的丙烯酸水溶液的質量：質量濃度為12.3％的丙烯醯胺水溶液的質量：質量濃度為0.086％的N,N』-亞甲基雙丙烯醯胺的水溶液的質量＝1.43g:60mL:0.0215g:17.2g:11.4g:10g
④將沉澱置於燒杯中加入足量乙醇，攪拌均勻後，加入摩爾濃度為9mol/L的氫氧化鈉溶液調節溶液pH為6～7，浸泡一定時間後，過濾，乾燥，粉碎，用60目篩網過濾，得到殼聚糖系高吸水樹脂凝膠基材粉末；
⑤將步驟④製得的凝膠基材與主儲能劑混合攪拌均勻後，加入成核劑，攪拌得到透明的凝膠狀相變材料。
與現有技術相比，本發明具有的有益效果在於：
本發明相變材料通過纖維素接枝丙烯酸-丙烯醯胺製得了具有增稠效果的木質素系高吸水樹脂凝膠基材，用於相變材料中，能改善相變材料的相分離現象；所述相變材料原料來源廣泛，成本低，無毒無味，安全可靠，穩定性好，易生物降解，可在冷鏈運輸中推廣使用；所述相變材料的可調溫度範圍為-10℃～-15℃，相變潛熱為160～190J/g。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步解說。
實施例1
本發明提出的一種防洩漏凝膠低溫相變材料，包括按照重量份計的如下組份：殼聚糖系高吸水樹脂凝膠基材2份、主儲能劑88份，成核劑1份。
其中主儲能劑為質量濃度為5％的氯化鈉溶液，成核劑為氟化鋇。
一種防洩漏凝膠低溫相變材料的製備方法，具體步驟如下：
①稱取1.43g殼聚糖加入60mL質量濃度為1％的乙酸溶液中，置於60℃水浴鍋中攪拌，製得殼聚糖溶液；
②向殼聚糖溶液中加入0.0215g引發劑過硫酸鉀預引發10分鐘；
③依次加入17.2g質量濃度為41.9％的丙烯酸水溶液、11.4g質量濃度為12.3％的丙烯醯胺水溶液和10g質量濃度為0.0086％的N,N』-亞甲基雙丙烯醯胺的水溶液，升溫至60℃反應5小時，出料，過濾，用去離子水洗滌沉澱3次；
④將沉澱置於燒杯中加入足量乙醇，攪拌均勻後，加入摩爾濃度為9mol/L的氫氧化鈉溶液調節溶液pH為6，浸泡一定時間後，過濾，乾燥，粉碎，用60目篩網過濾，得到殼聚糖系高吸水樹脂凝膠基材粉末；
⑤將2份凝膠基材與88份的質量濃度為5％的氯化鈉溶液混合，攪拌均勻後，加入1份的氟化鋇，攪拌得到透明的凝膠狀相變材料。
所得相變材料的相變溫度為-10.2℃，相變潛熱為186.7J/g。
實施例2
本發明提出的一種防洩漏凝膠低溫相變材料，包括按照重量份計的如下組份：殼聚糖系高吸水樹脂凝膠基材4.5份、主儲能劑92.5份，成核劑3份。
其中主儲能劑為質量濃度為12.5％的氯化銨溶液，成核劑為硅藻土。
一種防洩漏凝膠低溫相變材料的製備方法，具體步驟如下：
①稱取1.43g殼聚糖加入60mL質量濃度為1％的乙酸溶液中，置於60℃水浴鍋中攪拌，製得殼聚糖溶液；
②向殼聚糖溶液中加入0.0215g引發劑過硫酸鉀預引發10分鐘；
③依次加入17.2g質量濃度為41.9％的丙烯酸水溶液、11.4g質量濃度為12.3％的丙烯醯胺水溶液和10g質量濃度為0.0086％的N,N』-亞甲基雙丙烯醯胺的水溶液，升溫至60℃反應5小時，出料，過濾，用去離子水洗滌沉澱3次；
④將沉澱置於燒杯中加入足量乙醇，攪拌均勻後，加入摩爾濃度為9mol/L的氫氧化鈉溶液調節溶液pH為6.5，浸泡一定時間後，過濾，乾燥，粉碎，用60目篩網過濾，得到殼聚糖系高吸水樹脂凝膠基材粉末；
⑤將4.5份凝膠基材與92.5份的質量濃度為12.5％的氯化銨溶液混合，攪拌均勻後，加入3份的硅藻土，攪拌得到透明的凝膠狀相變材料。
所得相變材料的相變溫度為-11.3℃，相變潛熱為178.2J/g。
實施例3
本發明提出的一種防洩漏凝膠低溫相變材料，包括按照重量份計的如下組份：殼聚糖系高吸水樹脂凝膠基材7份、主儲能劑97份，成核劑5份。
其中主儲能劑質量濃度為20％的氯化鈉溶液和質量濃度為5％的氯化銨溶液，成核劑為硅藻土。
一種防洩漏凝膠低溫相變材料的製備方法，具體步驟如下：
①稱取1.43g殼聚糖加入60mL質量濃度為1％的乙酸溶液中，置於60℃水浴鍋中攪拌，製得殼聚糖溶液；
②向殼聚糖溶液中加入0.0215g引發劑過硫酸鉀預引發10分鐘；
③依次加入17.2g質量濃度為41.9％的丙烯酸水溶液、11.4g質量濃度為12.3％的丙烯醯胺水溶液和10g質量濃度為0.0086％的N,N』-亞甲基雙丙烯醯胺的水溶液，升溫至60℃反應5小時，出料，過濾，用去離子水洗滌沉澱3次；
④將沉澱置於燒杯中加入足量乙醇，攪拌均勻後，加入摩爾濃度為9mol/L的氫氧化鈉溶液調節溶液pH為7，浸泡一定時間後，過濾，乾燥，粉碎，用60目篩網過濾，得到殼聚糖系高吸水樹脂凝膠基材粉末；
⑤將7份凝膠基材與97份的質量濃度為20％的氯化鈉溶液和質量濃度為5％的氯化銨溶液混合，攪拌均勻後，加入5份的硅藻土，攪拌得到透明的凝膠狀相變材料。
所得相變材料的相變溫度為-14.8℃，相變潛熱為167.7J/g。
實施例4
本發明提出的一種防洩漏凝膠低溫相變材料，包括按照重量份計的如下組份：殼聚糖系高吸水樹脂凝膠基材5份、主儲能劑93份，成核劑2份。
其中主儲能劑為濃度為20％的氯化鈉溶液，成核劑為四硼酸鈉。
一種防洩漏凝膠低溫相變材料的製備方法，具體步驟如下：
①稱取1.43g殼聚糖加入60mL質量濃度為1％的乙酸溶液中，置於60℃水浴鍋中攪拌，製得殼聚糖溶液；
②向殼聚糖溶液中加入0.0215g引發劑過硫酸鉀預引發10分鐘；
③依次加入17.2g質量濃度為41.9％的丙烯酸水溶液、11.4g質量濃度為12.3％的丙烯醯胺水溶液和10g質量濃度為0.0086％的N,N』-亞甲基雙丙烯醯胺的水溶液，升溫至60℃反應5小時，出料，過濾，用去離子水洗滌沉澱3次；
④將沉澱置於燒杯中加入足量乙醇，攪拌均勻後，加入摩爾濃度為9mol/L的氫氧化鈉溶液調節溶液pH為6.2，浸泡一定時間後，過濾，乾燥，粉碎，用60目篩網過濾，得到殼聚糖系高吸水樹脂凝膠基材粉末；
⑤將沉澱置於燒杯中加入200mL乙醇，攪拌均勻後，加入一定濃度的氫氧化鈉溶液調節溶液pH為6.2，浸泡一定時間後，過濾，乾燥，粉碎，用60目篩網過濾，得到殼聚糖系高吸水樹脂凝膠基材粉末；
⑥將5份凝膠基材與93份質量濃度為20％的氯化鈉溶液混合，攪拌均勻後，加入2份四硼酸鈉，攪拌得到透明的凝膠狀相變材料。
所得相變材料的相變溫度為-13.9℃，相變潛熱為172.6J/g。
實施例5
本發明提出的一種防洩漏凝膠低溫相變材料，包括按照重量份計的如下組份：殼聚糖系高吸水樹脂凝膠基材7份、主儲能劑90份，成核劑3份。
其中主儲能劑為質量濃度為13％的氯化鈉溶液和質量濃度為5％的氯化銨溶液混合，成核劑為四硼酸鈉。
一種防洩漏凝膠低溫相變材料的製備方法，具體步驟如下：
①稱取1.43g殼聚糖加入60mL質量濃度為1％的乙酸溶液中，置於60℃水浴鍋中攪拌，製得殼聚糖溶液；
②向殼聚糖溶液中加入0.0215g引發劑過硫酸鉀預引發10分鐘；
③依次加入17.2g質量濃度為41.9％的丙烯酸水溶液、11.4g質量濃度為12.3％的丙烯醯胺水溶液和10g質量濃度為0.0086％的N,N』-亞甲基雙丙烯醯胺的水溶液，升溫至60℃反應5小時，出料，過濾，用去離子水洗滌沉澱3次；
④將沉澱置於燒杯中加入足量乙醇，攪拌均勻後，加入摩爾濃度為9mol/L的氫氧化鈉溶液調節溶液pH為6.8，浸泡一定時間後，過濾，乾燥，粉碎，用60目篩網過濾，得到殼聚糖系高吸水樹脂凝膠基材粉末；
⑤將7份凝膠基材與90份的質量濃度為13％的氯化鈉溶液和質量濃度為5％的氯化銨溶液混合，攪拌均勻後，加入3份的四硼酸鈉，攪拌得到透明的凝膠狀相變材料。
所得相變材料的相變溫度為-12.1℃，相變潛熱為169.2J/g。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。