一種高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料的制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明從廢棄的赤蘚糖醇生產(chǎn)母液中提取赤蘚糖醇作為有機(jī)相變材料，用富含氟元素的鱈魚和含氟表面活性劑對(duì)碳納米管進(jìn)行復(fù)合改性，最后負(fù)載赤蘚糖醇，即得高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料，本發(fā)明制備的高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料熱導(dǎo)率達(dá)到8.99～9.34W/m·k，導(dǎo)熱性好；且穩(wěn)定性高，密度大，可廣泛應(yīng)用于建筑保溫材料等領(lǐng)域；同時(shí)充分利用了廢棄的赤蘚糖醇生產(chǎn)母液，資源重回收利用，節(jié)約了成本，制備步驟簡(jiǎn)單。
【專利說明】
一種高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料的制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002 ]相變儲(chǔ)能材料(PCM)作為一種新興的功能材料，其工作原理是:利用材料的相變過程，吸收(或釋放)相變潛熱，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境中能量的吸收(或釋放)，進(jìn)而可以儲(chǔ)熱或制冷，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的目標(biāo)。一種適宜的相變材料，不僅需要材料具有較高的熔化焓、高熱導(dǎo)率以及適宜的相變溫度，還需要材料在物理性能、化學(xué)性能甚至經(jīng)濟(jì)成本上滿足一定的條件:
(I)物理性能:過冷度低、相變時(shí)密度變化??；(2)化學(xué)性能:化學(xué)穩(wěn)定性、無(wú)相分離、與載體材料相容性好、無(wú)毒、無(wú)污染、不易燃等；(3)經(jīng)濟(jì)方面:來(lái)源豐富、成本低廉。在建筑中使用PCM材料可以提高建筑物熱容量，減小室內(nèi)溫度的波動(dòng)幅度，改善室內(nèi)環(huán)境，充分利用太陽(yáng)能和夜間低價(jià)電能，從而提高建筑節(jié)能及室內(nèi)舒適度。
[0003]目前常用的有機(jī)相變材料主要包括石蠟，高級(jí)脂肪烴，脂肪酸，酯和多元醇等，這類材料的種類多，具有對(duì)封裝材料無(wú)腐蝕;過冷度低，甚至無(wú)過冷;且具有較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性(在長(zhǎng)期工作過程中基本不發(fā)生分解、老化、相分離等現(xiàn)象)，但是存在著電導(dǎo)系數(shù)小，密度小，單位體積儲(chǔ)熱能力差，相變時(shí)出現(xiàn)漏液等問題，而采用碳納米管作為增強(qiáng)體，在添加量較低的水平下也不足以將相變復(fù)合材料熱導(dǎo)率提高到令人滿意的程度。原因在于，雖然碳納米管自身的熱導(dǎo)率很高，但在相變復(fù)合材料中的界面熱阻卻很大，再加上二者在相變復(fù)合材料中無(wú)法形成有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)、團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重等因素目前還沒有得到有效的解決，使得碳納米管暫無(wú)法被用作合適的高導(dǎo)熱填料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:針對(duì)目前常見的有機(jī)相變材料性能穩(wěn)定，但是存在著電導(dǎo)系數(shù)小，熱導(dǎo)率低，相變時(shí)會(huì)出現(xiàn)漏液等問題，以碳納米管負(fù)載有機(jī)相變材料可以提高其熱導(dǎo)率，但是二者復(fù)合無(wú)法形成有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)并且團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重的缺陷，提供了一種從廢棄的赤蘚糖醇生產(chǎn)母液中提取赤蘚糖醇作為有機(jī)相變材料，用富含氟元素的鱈魚和含氟表面活性劑對(duì)碳納米管進(jìn)行復(fù)合改性，最后負(fù)載赤蘚糖醇，即得高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料的方法。本發(fā)明制備的相變儲(chǔ)能材料儲(chǔ)能能力好，熱導(dǎo)率高，穩(wěn)定性好，碳納米管負(fù)載有機(jī)相變材料，既增加了有機(jī)相變材料的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，又避免其相變時(shí)會(huì)出現(xiàn)漏液的問題，含氟表面活性劑對(duì)碳納米管的改性也使團(tuán)聚現(xiàn)象得以解決，可廣泛應(yīng)用于建筑保溫等領(lǐng)域。
[0005 ]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案:
(I)取廢棄的赤蘚糖醇生產(chǎn)母液，將其通入陶瓷罐中，靜置沉淀3?5天后，去除下層沉淀雜質(zhì)，將除雜后的母液裝入真空濃縮罐中，在900?100Pa下濃縮至原體積的1/3，得母液濃縮物； (2)向上述母液濃縮物中加入其質(zhì)量I?2%的赤蘚糖醇作為晶種，用攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在攪拌的過程中逐滴滴加濃縮物總體積3?5%質(zhì)量濃度為80%甲醇溶液，滴加完畢后移入4?6°C的冰水浴中，靜置結(jié)晶過夜，最后用離心機(jī)以4000?5000r/min轉(zhuǎn)速分離得到沉淀，自然風(fēng)干后得到赤蘚糖醇晶體，備用；
(3)取I?2條鱈魚，人工剔骨后將魚肉切塊，放入鐵鍋中加入魚塊總體積3?5倍的去離子水，加熱升溫至100?105°C保溫熬制2?3h后過濾，分離去除濾渣，得到濾液；
(4)按固液比為1:6將碳納米管浸入上述濾液中，攪拌均勻得混合液，再依次向混合液中加入其總體積5?8%全氟丁酸和混合液總質(zhì)量I?3%的含氟烷基磺酸鈉，攪拌均勻后裝入發(fā)酵罐，于25?35 °C下自然發(fā)酵改性3?5天；
(5)發(fā)酵結(jié)束后過濾分離得到濾渣，分別用無(wú)水乙醇和去離子水沖洗20?30min，得到改性后的碳納米管，稱取I?2kg上述備用的赤蘚糖醇晶體裝入燒杯中，移入120?130°C的油浴鍋中加熱至其熔化，得液態(tài)赤蘚糖醇；
(6)再將300?400g改性后的碳納米管裝入不銹鋼網(wǎng)籠中并浸入液態(tài)赤蘚糖醇中，保溫浸漬3?5天，提起網(wǎng)籠置于120?130°C的保溫箱中繼續(xù)處理I?2h，除去附著在碳納米管表面的赤蘚糖醇，最后取出網(wǎng)籠自然冷卻，待碳納米管負(fù)載的赤蘚糖醇凝固后即得高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料。
[0006]本發(fā)明制備的高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料熱導(dǎo)率達(dá)到8.99?9.34W/m.k，是單一赤蘚糖醇熱導(dǎo)率的20倍以上，相變潛熱為280.5?295.6J/g。
[0007]本發(fā)明的應(yīng)用方法:首先按質(zhì)量比2:1:1，將水泥、上述制備的高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料和去離子水混合攪拌均勻后，得到水泥儲(chǔ)能漿料，再將兩塊尺寸相同的石膏板平行插入墻板模具內(nèi)，將制備的水泥儲(chǔ)能漿料填充至兩塊石膏板之間，同時(shí)將凹凸槽和側(cè)面倒邊構(gòu)造復(fù)合，通過凝結(jié)和養(yǎng)護(hù)28?30天后，脫模，得到夾心厚度為55?65mm的相變儲(chǔ)能墻板，經(jīng)檢測(cè)，該相變儲(chǔ)能墻板相變溫度為28.3?35.4°C。
[0008]本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是:
(I)本發(fā)明制備的高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料熱導(dǎo)率達(dá)到8.99?9.34W/m.k，導(dǎo)熱性好；
(2 )本發(fā)明制備的高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料穩(wěn)定性高，密度大，可廣泛應(yīng)用于建筑保溫材料等領(lǐng)域；
(3)本發(fā)明充分利用了廢棄的赤蘚糖醇生產(chǎn)母液，資源重回收利用，節(jié)約了成本，且制備步驟簡(jiǎn)單。
【具體實(shí)施方式】
[0009]首先取廢棄的赤蘚糖醇生產(chǎn)母液，將其通入陶瓷罐中，靜置沉淀3?5天后，去除下層沉淀雜質(zhì)，將除雜后的母液裝入真空濃縮罐中，在900?100Pa下濃縮至原體積的1/3，得母液濃縮物;再向上述母液濃縮物中加入其質(zhì)量I?2%的赤蘚糖醇作為晶種，用攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在攪拌的過程中逐滴滴加濃縮物總體積3?5%質(zhì)量濃度為80%甲醇溶液，滴加完畢后移入4?6°C的冰水浴中，靜置結(jié)晶過夜，最后用離心機(jī)以4000?5000r/min轉(zhuǎn)速分離得到沉淀，自然風(fēng)干后得到赤蘚糖醇晶體，備用;接著取I?2條鱈魚，人工剔骨后將魚肉切塊，放入鐵鍋中加入魚塊總體積3?5倍的去離子水，加熱升溫至100?105°C保溫熬制2?3h后過濾，分離去除濾渣，得到濾液;再按固液比為1:6將碳納米管浸入上述濾液中，攪拌均勻得混合液，再依次向混合液中加入其總體積5?8%全氟丁酸和混合液總質(zhì)量I?3%的含氟烷基磺酸鈉，攪拌均勻后裝入發(fā)酵罐，于25?35°C下自然發(fā)酵改性3?5天;待發(fā)酵結(jié)束后過濾分離得到濾渣，分別用無(wú)水乙醇和去離子水沖洗20?30min，得到改性后的碳納米管，稱取I?2kg上述備用的赤蘚糖醇晶體裝入燒杯中，移入120?130°C的油浴鍋中加熱至其熔化，得液態(tài)赤蘚糖醇；最后再將300?400g改性后的碳納米管裝入不銹鋼網(wǎng)籠中并浸入液態(tài)赤蘚糖醇中，保溫浸漬3?5天，提起網(wǎng)籠置于120?130°C的保溫箱中繼續(xù)處理I?2h，除去附著在碳納米管表面的赤蘚糖醇，最后取出網(wǎng)籠自然冷卻，待碳納米管負(fù)載的赤蘚糖醇凝固后即得高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料。
[0010]實(shí)例I
首先取廢棄的赤蘚糖醇生產(chǎn)母液，將其通入陶瓷罐中，靜置沉淀5天后，去除下層沉淀雜質(zhì)，將除雜后的母液裝入真空濃縮罐中，在100Pa下濃縮至原體積的1/3，得母液濃縮物；再向上述母液濃縮物中加入其質(zhì)量2%的赤蘚糖醇作為晶種，用攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在攪拌的過程中逐滴滴加濃縮物總體積5%質(zhì)量濃度為80%甲醇溶液，滴加完畢后移入6 °C的冰水浴中，靜置結(jié)晶過夜，最后用離心機(jī)以5000r/min轉(zhuǎn)速分離得到沉淀，自然風(fēng)干后得到赤蘚糖醇晶體，備用;接著取2條鱈魚，人工剔骨后將魚肉切塊，放入鐵鍋中加入魚塊總體積5倍的去離子水，加熱升溫至105°C保溫熬制3h后過濾，分離去除濾渣，得到濾液;再按固液比為1:6將碳納米管浸入上述濾液中，攪拌均勻得混合液，再依次向混合液中加入其總體積8%全氟丁酸和混合液總質(zhì)量3%的含氟烷基磺酸鈉，攪拌均勻后裝入發(fā)酵罐，于35°C下自然發(fā)酵改性5天;待發(fā)酵結(jié)束后過濾分離得到濾渣，分別用無(wú)水乙醇和去離子水沖洗30min，得到改性后的碳納米管，稱取2kg上述備用的赤蘚糖醇晶體裝入燒杯中，移入130°C的油浴鍋中加熱至其熔化，得液態(tài)赤蘚糖醇;最后再將400g改性后的碳納米管裝入不銹鋼網(wǎng)籠中并浸入液態(tài)赤蘚糖醇中，保溫浸漬5天，提起網(wǎng)籠置于130°C的保溫箱中繼續(xù)處理2h，除去附著在碳納米管表面的赤蘚糖醇，最后取出網(wǎng)籠自然冷卻，待碳納米管負(fù)載的赤蘚糖醇凝固后即得高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料。
[0011]首先按質(zhì)量比2:1:1，將水泥、上述制備的高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料和去離子水混合攪拌均勻后，得到水泥儲(chǔ)能漿料，再將兩塊尺寸相同的石膏板平行插入墻板模具內(nèi)，將制備的水泥儲(chǔ)能漿料填充至兩塊石膏板之間，同時(shí)將凹凸槽和側(cè)面倒邊構(gòu)造復(fù)合，通過凝結(jié)和養(yǎng)護(hù)30天后，脫模，得到夾心厚度為65mm的相變儲(chǔ)能墻板，經(jīng)檢測(cè)，該相變儲(chǔ)能墻板相變溫度為35.4 °C。
[0012]實(shí)例2
首先取廢棄的赤蘚糖醇生產(chǎn)母液，將其通入陶瓷罐中，靜置沉淀3天后，去除下層沉淀雜質(zhì)，將除雜后的母液裝入真空濃縮罐中，在900Pa下濃縮至原體積的1/3，得母液濃縮物；再向上述母液濃縮物中加入其質(zhì)量1%的赤蘚糖醇作為晶種，用攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在攪拌的過程中逐滴滴加濃縮物總體積3%質(zhì)量濃度為80%甲醇溶液，滴加完畢后移入4 °C的冰水浴中，靜置結(jié)晶過夜，最后用離心機(jī)以4000r/min轉(zhuǎn)速分離得到沉淀，自然風(fēng)干后得到赤蘚糖醇晶體，備用;接著取I條鱈魚，人工剔骨后將魚肉切塊，放入鐵鍋中加入魚塊總體積3倍的去離子水，加熱升溫至100°C保溫熬制2h后過濾，分離去除濾渣，得到濾液;再按固液比為1:6將碳納米管浸入上述濾液中，攪拌均勻得混合液，再依次向混合液中加入其總體積5%全氟丁酸和混合液總質(zhì)量1%的含氟烷基磺酸鈉，攪拌均勻后裝入發(fā)酵罐，于25°c下自然發(fā)酵改性3天;待發(fā)酵結(jié)束后過濾分離得到濾渣，分別用無(wú)水乙醇和去離子水沖洗20min，得到改性后的碳納米管，稱取Ikg上述備用的赤蘚糖醇晶體裝入燒杯中，移入120°C的油浴鍋中加熱至其熔化，得液態(tài)赤蘚糖醇;最后再將300g改性后的碳納米管裝入不銹鋼網(wǎng)籠中并浸入液態(tài)赤蘚糖醇中，保溫浸漬3天，提起網(wǎng)籠置于120°C的保溫箱中繼續(xù)處理lh，除去附著在碳納米管表面的赤蘚糖醇，最后取出網(wǎng)籠自然冷卻，待碳納米管負(fù)載的赤蘚糖醇凝固后即得高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料。
[0013]首先按質(zhì)量比2:1:1，將水泥、上述制備的高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料和去離子水混合攪拌均勻后，得到水泥儲(chǔ)能漿料，再將兩塊尺寸相同的石膏板平行插入墻板模具內(nèi)，將制備的水泥儲(chǔ)能漿料填充至兩塊石膏板之間，同時(shí)將凹凸槽和側(cè)面倒邊構(gòu)造復(fù)合，通過凝結(jié)和養(yǎng)護(hù)28天后，脫模，得到夾心厚度為55mm的相變儲(chǔ)能墻板，經(jīng)檢測(cè)，該相變儲(chǔ)能墻板相變溫度為28.3 °C。
[0014]實(shí)例3
首先取廢棄的赤蘚糖醇生產(chǎn)母液，將其通入陶瓷罐中，靜置沉淀4天后，去除下層沉淀雜質(zhì)，將除雜后的母液裝入真空濃縮罐中，在950Pa下濃縮至原體積的1/3，得母液濃縮物；再向上述母液濃縮物中加入其質(zhì)量1%的赤蘚糖醇作為晶種，用攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在攪拌的過程中逐滴滴加濃縮物總體積4%質(zhì)量濃度為80%甲醇溶液，滴加完畢后移入5 °C的冰水浴中，靜置結(jié)晶過夜，最后用離心機(jī)以4500r/min轉(zhuǎn)速分離得到沉淀，自然風(fēng)干后得到赤蘚糖醇晶體，備用;接著取2條鱈魚，人工剔骨后將魚肉切塊，放入鐵鍋中加入魚塊總體積4倍的去離子水，加熱升溫至102°C保溫熬制2h后過濾，分離去除濾渣，得到濾液;再按固液比為1:6將碳納米管浸入上述濾液中，攪拌均勻得混合液，再依次向混合液中加入其總體積7%全氟丁酸和混合液總質(zhì)量2%的含氟烷基磺酸鈉，攪拌均勻后裝入發(fā)酵罐，于30°C下自然發(fā)酵改性4天;待發(fā)酵結(jié)束后過濾分離得到濾渣，分別用無(wú)水乙醇和去離子水沖洗25min，得到改性后的碳納米管，稱取Ikg上述備用的赤蘚糖醇晶體裝入燒杯中，移入125°C的油浴鍋中加熱至其熔化，得液態(tài)赤蘚糖醇;最后再將350g改性后的碳納米管裝入不銹鋼網(wǎng)籠中并浸入液態(tài)赤蘚糖醇中，保溫浸漬4天，提起網(wǎng)籠置于125°C的保溫箱中繼續(xù)處理lh，除去附著在碳納米管表面的赤蘚糖醇，最后取出網(wǎng)籠自然冷卻，待碳納米管負(fù)載的赤蘚糖醇凝固后即得高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料。
[0015]首先按質(zhì)量比2:1:1，將水泥、上述制備的高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料和去離子水混合攪拌均勻后，得到水泥儲(chǔ)能漿料，再將兩塊尺寸相同的石膏板平行插入墻板模具內(nèi)，將制備的水泥儲(chǔ)能漿料填充至兩塊石膏板之間，同時(shí)將凹凸槽和側(cè)面倒邊構(gòu)造復(fù)合，通過凝結(jié)和養(yǎng)護(hù)29天后，脫模，得到夾心厚度為60mm的相變儲(chǔ)能墻板，經(jīng)檢測(cè)，該相變儲(chǔ)能墻板相變溫度為29.3 °C。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種尚熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)取廢棄的赤蘚糖醇生產(chǎn)母液，將其通入陶瓷罐中，靜置沉淀3?5天后，去除下層沉淀雜質(zhì)，將除雜后的母液裝入真空濃縮罐中，在900?100Pa下濃縮至原體積的1/3，得母液濃縮物； (2)向上述母液濃縮物中加入其質(zhì)量I?2%的赤蘚糖醇作為晶種，用攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在攪拌的過程中逐滴滴加濃縮物總體積3?5%質(zhì)量濃度為80%甲醇溶液，滴加完畢后移入4?6°C的冰水浴中，靜置結(jié)晶過夜，最后用離心機(jī)以4000?5000r/min轉(zhuǎn)速分離得到沉淀，自然風(fēng)干后得到赤蘚糖醇晶體，備用； (3)取I?2條鱈魚，人工剔骨后將魚肉切塊，放入鐵鍋中加入魚塊總體積3?5倍的去離子水，加熱升溫至100?105°C保溫熬制2?3h后過濾，分離去除濾渣，得到濾液； (4)按固液比為1:6將碳納米管浸入上述濾液中，攪拌均勻得混合液，再依次向混合液中加入其總體積5?8%全氟丁酸和混合液總質(zhì)量I?3%的含氟烷基磺酸鈉，攪拌均勻后裝入發(fā)酵罐，于25?35 °C下自然發(fā)酵改性3?5天； (5)發(fā)酵結(jié)束后過濾分離得到濾渣，分別用無(wú)水乙醇和去離子水沖洗20?30min，得到改性后的碳納米管，稱取I?2kg上述備用的赤蘚糖醇晶體裝入燒杯中，移入120?130°C的油浴鍋中加熱至其熔化，得液態(tài)赤蘚糖醇； (6)再將300?400g改性后的碳納米管裝入不銹鋼網(wǎng)籠中并浸入液態(tài)赤蘚糖醇中，保溫浸漬3?5天，提起網(wǎng)籠置于120?130°C的保溫箱中繼續(xù)處理I?2h，除去附著在碳納米管表面的赤蘚糖醇，最后取出網(wǎng)籠自然冷卻，待碳納米管負(fù)載的赤蘚糖醇凝固后即得高熱導(dǎo)率有機(jī)相變儲(chǔ)能材料。
【文檔編號(hào)】C09K5/06GK106085369SQ201610484010
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日
【發(fā)明人】陳建峰, 薛培龍, 林茂平
【申請(qǐng)人】陳建峰