黏土基復(fù)合相變儲熱材料的制備及性能的研究.pdf

1、隨著能源危機的加劇，能量的可持續(xù)利用及可再生性成為國內(nèi)外研究的熱點。相變儲熱技術(shù)通過利用物質(zhì)的相變潛熱進(jìn)行能量儲存與轉(zhuǎn)化，從而解決了能量供求在時間和空間上的不匹配，提高能源的可再生性和可持續(xù)利用。相變儲熱材料(phase change materials，PCMs)，是指隨溫度變化而改變形態(tài)并能提供潛熱的材料，該類材料廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢熱回收、太陽能利用等領(lǐng)域。
　　 單一相變材料具有不易儲存和運輸，固液相易分離等缺陷，復(fù)合相變儲

2、熱材料的研制可彌補這些不足。常見的復(fù)合相變儲熱材料分為三類，即高分子基定型復(fù)合相變儲熱材料，微膠囊復(fù)合相變儲熱材料和黏土基復(fù)合相變材料。其中黏土基復(fù)合相變儲熱材料具有原料易得，生產(chǎn)成本低，熱穩(wěn)定性高和熱導(dǎo)率高等優(yōu)點。因此，本文以不同的黏土載體吸附硬脂酸制備了三類復(fù)合相變儲熱材料，旨在解決制備方法對黏土基復(fù)合相變儲熱材料結(jié)構(gòu)及性能的影響問題，以及黏土的活化對復(fù)合相變儲熱材料結(jié)構(gòu)性能影響問題。
　　 本文以硬脂酸(Stearic A

3、cid，SA)為相變基質(zhì)，鈉基蒙脫土(Na+-montmorillonoid，MMT)為載體，通過熱熔真空注入法制備了M-SA/MMT復(fù)合相變儲熱材料，通過溶液溶解浸漬法制備了S-SA/MMT復(fù)合相變儲熱材料。分別采用紅外、掃描電鏡、x-射線衍射和示差量熱掃描等方法對上述兩種材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)與性能的表征。結(jié)果表明：兩種方法制備的復(fù)合相變儲熱材料具有相似的形貌和結(jié)構(gòu)，說明制備方法對復(fù)合相交儲熱材料的結(jié)構(gòu)影響影響不大；SA以物理作用吸附于MMT

4、片層結(jié)構(gòu)中。加速熱循環(huán)試驗證明熱熔真空注入法制備的材料儲熱性能較好。
　　 采用熱活化處理鈉基蒙脫土，并用熱熔真空注入法制備了M-SA/a-MMT復(fù)合相變儲熱材料，通過紅外、掃描電鏡、X-射線衍射和示差量熱掃描等對復(fù)合材料進(jìn)行表征。結(jié)果表明：M-SA/a-MMT復(fù)合相變儲熱材料內(nèi)部未發(fā)生化學(xué)變化，SA與a-MMT以物理作用結(jié)合；兩種材料結(jié)合緊密，原材料結(jié)構(gòu)保持較好。加速熱循環(huán)實驗表明，M-SA/a-MMT結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯變化

5、；熱性能幾乎沒有損失，在儲/放熱實驗中，升溫/降溫平臺依然存在。通過與制備的M-SA/MMT進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)相變潛熱提高了4.2J/g。表明對MMT進(jìn)行熱活化有利于SA與MMT兩種原料的結(jié)合，且有利于提高復(fù)合相變材料的儲熱性能與穩(wěn)定性。
　　 以熱活化處理后的凹凸棒石黏土(attapulgite，ATP)為吸附載體，通過熱熔真空注入法制備了M-SA/a-ATP復(fù)合相變材料，并采用紅外、掃描電鏡、X-射線衍射和示差量熱掃描進(jìn)行表征。

6、結(jié)果表明，M-SA/a-ATP相變復(fù)合材料中SA與a-ATP之間未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，SA均勻的包覆在ATP棒狀晶體表面，形成光滑的棒狀結(jié)構(gòu)，同時凝固在ATP內(nèi)部孔隙和雜質(zhì)蒙脫石片層中。SA與a-ATP結(jié)合緊密，且其晶體結(jié)構(gòu)未被破壞。加速循環(huán)儲/放熱實驗表明，M-SA/a-ATP復(fù)合材料熱穩(wěn)定性良好。
　　 將制備的M-SA/MMT、M-SA/a-MMT和M-SA/a-ATP三類材料與文獻(xiàn)中描述的其它黏土基復(fù)合相變材料進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)自