一種有機無機複合相變儲能石膏砌塊的製作方法
2023-05-05 16:41:11
專利名稱：一種有機無機複合相變儲能石膏砌塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及建築儲能複合材料領域，尤其涉及一種有機無機複合相變儲能石膏砌塊。
背景技術：
近年來，國家加大節能減排措施，燃煤電廠安裝脫硫機組已近1. 5億千瓦，副產品煙氣脫硫石膏產量近3000萬噸，因此副產脫硫石膏量十分巨大，且增長迅速。然而目前我國脫硫石膏的利用率還很低，利用量很少，大部分以堆積為主，其利用對壞境保護和可持續
發展有著重要影響。在我國，建築能源消耗超過了社會總能源消耗的四分之一，因此建築物節能與減排是目前建築材料應用中的重要問題。目前，建築物節能及減排主要採取使用低導熱係數的建築材料和相變儲能材料。相變儲能材料是利用材料在相變時以潛熱形式吸收或釋放熱量來進行儲能或放能的一類物質。建築牆體中應用的相變儲能材料可分為有機相變材料和無機相變材料兩類。有機相變材料主要指石蠟、脂肪酸和聚乙二醇等及其衍生物， 主要是通過微膠囊封裝的方法將有機相變材料封裝入微膠囊內，然後與建築材料混合製成相變儲能材料。ZL200820079697. 6將封裝有工業石蠟的微膠囊均勻分散至石膏板基體內，製備一種相變蓄能紙面石膏板，這種材料可以控制室內溫度波動在2 4°C ；公開號為 CN 101549981A所提到的相變蓄能紙面石膏板及其製備方法，是將一種微膠囊相變材料粉末與建築石膏粉、超分散劑、發泡劑和減水劑等混合攪拌製備相變蓄能紙面石膏板；申請號為200810156153. X以膨脹石墨為吸附介質，石蠟、硬脂酸丁酯和棕櫚酸丙酯等為相變材料；公開號CN 101215112A以多孔石墨為載體，硬脂酸、硬脂酸丁酯和石蠟為相變材料；公開號CN 101994364A以輕質多孔蛭石為載體，石蠟或脂肪酸及其衍生物為相變材料。無機相變材料主要包括一些水合鹽類，如六水氯化鈣、十水硫酸鈉和三水硝酸鋰等。公開號CN 101445354A將含有相變材料(無水氯化鈣等無機鹽)的微膠囊添加到石膏板內製備一種新型建築石膏板，以達到相變儲能的效果。有機相變材料和無機相變材料均有各自的優缺點有機相變材料相變溫度範圍廣、熔化熱高、無過冷現象、能夠一致熔融、與傳統建築材料兼容性好且不分離，但熱導率低、體積潛熱小、易燃；而無機相變材料體積潛熱大、相變劇烈、熱導率高且不易燃，且價格低廉、原料易得，但體積變化大、存在過冷且易與傳統建築材料分離。現有的專利申請中相變材料主要是石蠟，輔以硬脂酸及硬脂酸丁酯等脂肪酸類相變材料，以膨脹石墨、多孔石墨、多孔蛭石等為載體或吸附劑，或採用微膠囊封裝技術對有機相變材料進行封裝。而在升溫過程中石蠟的相變溫度範圍在30 50°C，降溫過程其相轉變點大致為M°C，這樣的相變溫度範圍對室內節能意義不大。硬脂酸及硬脂酸丁酯等相變溫度合適，相變潛熱大，但摻入建築材料中會在材料表面結霜。通常為了得到相變溫度適當、性能優越的相變材料，需要將幾種有機相變材料複合以形成二元或多元複合相變材料， 得到性能更好的有機相變材料。膨脹石墨、多孔石墨等載體或吸附劑價格較貴，吸附有機相變材料過程技術複雜、耗時長，不適宜於大規模推廣。煤系高嶺土是採煤時排出的工業廢棄物，基本沒有成本，且具有天然的層狀結構，可作為有機相變材料載體使用。
發明內容
本發明提供有機無機複合相變儲能石膏砌塊，由胼和煤系高嶺土經插層法製得胼/煤系高嶺土插層材料，再將葵酸和月桂酸的二元複合物與胼/煤系高嶺土混合通過二次插層取代法製得煤系高嶺土基有機無機相變儲能複合材料微粉，最後將脫硫建築石膏微粉、煤系高嶺土基有機無機相變儲能複合材料微粉、發泡劑和水按比例混合成型製得本發明的相變儲能石膏砌塊。所述的脫硫石膏是火力發電廠溼法煙氣脫硫副產品，主要成分為二水硫酸鈣 (CaSO4 · 2H20)，經低溫乾燥、煅燒後轉變成脫硫建築石膏——半水硫酸鈣(CaSO4 · 0. 5H20)。 脫硫建築石膏具有很強的膠凝性，硬化後具有很高的強度。所述的煤系高嶺土是採煤時排出的工業廢棄物，主要成分為高嶺石，為天然的 1 1層狀結構礦物，細度為1250目，可作為插層材料封裝有機材料分子。所述的有機相變材料為葵酸和月桂酸的二元複合物。葵酸熔點為32°C、相變潛熱為152. 7KJ/Kg ；月桂酸熔點為41 43°C、相變潛熱為211. 6KJ/Kg ；葵酸和月桂酸的二元複合物熔點為19 27°C、相變潛熱為156. 9 206. 4KJ/Kg。二元複合物中葵酸的質量百分數為10 90%。所述的有機無機複合相變材料是利用煤系高嶺土獨特的層狀結構，使得有機小分子進入煤系高嶺土層間，形成插層材料。由於葵酸和月桂酸的二元複合物尺寸較大，不能直接對煤系高嶺土進行插層，因此選用極性小分子-胼作為一次插層材料，先插層製得胼/煤系高嶺土，再經過二次插層取代製得煤系高嶺土基有機無機複合相變儲能材料。複合相變儲能材料既能夠解決有機相變材料體積潛熱小、易燃、熱導率低等問題，又能夠提高複合相變材料的體積潛熱及相變溫度範圍。複合相變材料配製的比例要求(質量百分比)煤系高嶺土 80-95%、有機相變材料5 20% (葵酸與月桂酸的二元複合物中葵酸的質量百分數為10 90% )。所述的發泡劑為鋁粉，鋁粉與鹼性物質發生反應生成大量的氣泡，使石膏砌塊形成多孔結構，提高砌塊孔隙率、降低其導熱係數、提高保溫性能。鋁粉的用量佔石膏砌塊質量的 0. 1-1. 0%。所述的有機無機複合相變儲能石膏砌塊是將脫硫建築石膏與有機無機複合相變材料、鋁粉、水混合成型、乾燥所得。
圖為有機無機複合相變材料示意圖。
具體實施例方式如圖所示，有機無機複合相變材料由有機相變材料/煤系高嶺土插層組成葵酸與月桂酸的二元複合物平行於煤系高嶺土中矽氧四面體和鋁氧八面體片層。實施案例一
(1)將破碎、乾燥、粉磨、除雜後的煤系高嶺土(1250目)加入50%水合胼溶液中， 超聲分散反應lh，洗滌、乾燥得到胼/煤系高嶺土插層材料。(2)將80份胼/煤系高嶺土插層材料與5份葵酸和15份月桂酸混合，80°C攪拌 3h,冷卻至室溫得到有機無機複合相變材料。(3)將100份脫硫建築石膏、5份有機無機複合相變材料、0. 2份鋁粉與70份水混合，攪拌aiiin後成型，放入40士2°C烘箱中乾燥即製得有機無機複合相變儲能石膏砌塊。實施案例二(1)將破碎、乾燥、粉磨、除雜後的煤系高嶺土(1250目)加入50%水合胼溶液中， 超聲分散反應lh，洗滌、乾燥得到胼/煤系高嶺土插層材料。(2)將85份胼/煤系高嶺土插層材料與3份葵酸和12份月桂酸混合，80°C攪拌 3h,冷卻至室溫得到有機無機複合相變材料。 (3)將100份脫硫建築石膏、10份有機無機複合相變材料、0. 4份鋁粉與70份水混合，攪拌aiiin後成型，放入40士2°C烘箱中乾燥即製得有機無機複合相變儲能石膏砌塊。實施案例三(1)將破碎、乾燥、粉磨、除雜後的煤系高嶺土(1250目)加入50%水合胼溶液中， 超聲分散反應lh，洗滌、乾燥得到胼/煤系高嶺土插層材料。(2)將88份胼/煤系高嶺土插層材料與3份葵酸和9份月桂酸混合，80°C攪拌3h， 冷卻至室溫得到有機無機複合相變材料。(3)將100份脫硫建築石膏、15份有機無機複合相變材料、0. 6份鋁粉與70份水混合，攪拌aiiin後成型，放入40士2°C烘箱中乾燥即製得有機無機複合相變儲能石膏砌塊。實施案例四(1)將破碎、乾燥、粉磨、除雜後的煤系高嶺土(1250目)加入50%水合胼溶液中， 超聲分散反應lh，洗滌、乾燥得到胼/煤系高嶺土插層材料。(2)將90份胼/煤系高嶺土插層材料與8份葵酸和2份月桂酸混合，80°C攪拌3h， 冷卻至室溫得到有機無機複合相變材料。(3)將100份脫硫建築石膏、20份有機無機複合相變材料、0. 8份鋁粉與70份水混合，攪拌aiiin後成型，放入40士2°C烘箱中乾燥即製得有機無機複合相變儲能石膏砌塊。實施案例五(1)將乾燥、破碎、粉磨、除雜後的煤系高嶺土(1250目)加入50%水合胼溶液中， 超聲分散反應lh，洗滌、乾燥得到胼/煤系高嶺土插層材料。(2)將92份胼/煤系高嶺土插層材料與4份葵酸和4份月桂酸混合，80°C攪拌3h， 冷卻至室溫得到有機無機複合相變材料。(3)將85份脫硫建築石膏、15份有機無機複合相變材料、0. 6份鋁粉與70份水混合，攪拌aiiin後成型，放入40士2°C烘箱中乾燥即製得有機無機複合相變儲能石膏砌塊。本發明的有機無機複合相變儲能石膏砌塊具有價格低廉、導熱係數低、相變溫度適中、體積潛熱大、節能降耗等優點。
權利要求
1.一種有機無機複合相變儲能石膏砌塊，其特徵在於，包括有機無機複合相變材料、脫硫建築石膏和發泡劑；其中有機無機複合相變材料佔該材料總質量的3 20%，發泡劑佔該材料總質量的0. 1. 0%。
2.根據權利要求1所述的有機無機複合相變儲能石膏砌塊，其特徵在於，所述有機無機複合相變材料包括煤系高嶺土和有機相變材料；煤系高嶺土和有機相變材料的成分範圍為(質量百分比)煤系高嶺土 80 95%、有機相變材料5 20%。
3.根據權利要求2所述的有機無機複合相變儲能石膏砌塊，其特徵在於，所述煤系高嶺土細度為1250目。
4.根據權利要求2所述的有機無機複合相變儲能石膏砌塊，其特徵在於，所述有機相變材料為葵酸和月桂酸的二元複合物。葵酸相變溫度為32°C、相變潛熱為152. 7KJ/Kg ；月桂酸相變溫度為41 43°C、相變潛熱為211. 6KJ/Kg ；葵酸和月桂酸的二元複合物熔點為 19 27°C、相變潛熱為156. 9 206. 4KJ/Kg ；二元體系中葵酸的質量百分數佔10 90%。
5.根據權利要求2、3所述的有機無機複合相變儲能石膏砌塊，其特徵在於，所述的煤系高嶺土一次插層材料為胼。
6.根據權利要求2、3所述的有機無機複合相變儲能石膏砌塊，其特徵在於，所述有機無機複合相變材料是通過二次插層取代法將有機相變材料插入煤系高嶺土層間所得。
全文摘要
本發明公開了一種有機無機複合相變儲能石膏砌塊，包括煤系高嶺土基複合相變材料、脫硫建築石膏及發泡劑；其中煤系高嶺土基複合相變材料佔總質量的3～20％，發泡劑佔總質量的0.1～1.0％。煤系高嶺土基複合相變材料由80～95％煤系高嶺土、5～20％有機相變材料(葵酸和月桂酸的二元複合物，葵酸的質量百分數佔10～90％)複合而成。葵酸和月桂酸二元複合物相變溫度19～27℃，相變潛熱156.9～206.4KJ/Kg。相變材料一次插層材料為肼，有機相變材料通過二次插層取代插入煤系高嶺土層間。本發明的有機無機複合相變儲能石膏砌塊具有價格低廉、導熱係數低、相變溫度適中、體積潛熱大、節能降耗等優點。
文檔編號C04B28/14GK102432260SQ20111027924
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月20日 優先權日2011年9月20日
發明者吳其勝, 張長森, 黎水平 申請人:鹽城工學院