[发明专利]以稻壳灰为原料制备硫酸钠/氧化硅定形相变材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以稻壳灰为原料制备硫酸钠/氧化硅(Na₂SO₄/SiO₂)定形相变材料的方法，属于化工材料制备方法技术领域。

背景技术

相变储能材料(Phase change material，PCM)是指由于自身物相转变而从外界吸收热量或放出热量，以实现能量存储和环境温度稳定为目的的一类材料。利用相变材料的相变潜热来实现能量储存和利用，提高能效和开发可再生能源，是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。

定形相变材料是将相变材料与载体基质相结合，形成一种形状稳定的固-液相变材料。这类相变材料采用固-液相变形式，但材料进行相变储能时，外形上可一直保持固体形状，不使其有流动性，无需容器盛装，可以制成各种所需形状，因此具有广泛的应用。

近年来，人们对无机盐高温定形相变材料的研究越来越广泛和深入。无机盐高温相变储能技术在太阳能热发电、工业热利用及余热回收方面有着显著优点。目前研究的无机盐高温定形相变材料主要有三类：无机盐/金属基复合定形相变材料，无机盐/陶瓷基复合定形相变材料，无机盐/多孔石墨基复合定形相变材料。无机盐/金属基复合定形相变材料制备时将金属制作成多孔结构，不仅成本较高，而且难度较大。无机盐/多孔石墨基复合定形相变材料在制备过程中要选择合适的天然多孔基体材料，对基体的选择限制较大，不适合规模化生产。无机盐/陶瓷基相变复合材料由多微孔陶瓷基体和分布在基体微孔网络中的相变材料(无机盐)复合而成，由于毛细管张力作用，无机盐熔化后保留在基体内不流出来。使用过程中可以同时利用陶瓷基材料的显热又利用无机盐的相变潜热，而且其使用温度可随复合的无机盐种类不同而变化。

硫酸钠应其具有较高的相变潜热、优良的相变稳定性和很低的高温蒸气压，是性能优良的相变材料；而氧化硅具有良好的机械性能、较高的比热容和热导率，适合作为载体基质。目前制作Na₂SO₄/SiO₂复合定形相变材料的方法有两种方法：

浸润法：SiO₂粉粒和造孔剂在成型剂辅助下均匀混合，冷压成型短圆柱体后高温烧结，使造孔剂分解，形成多孔的SiO₂多孔基体。然后将Na₂SO₄置于坩埚连同烧制成的多孔基体一起置于电阻炉中升温至Na₂SO₄熔化，将SiO₂与Na₂SO₄进行浸渗复合，随炉冷却至室温。发表在《人工晶体学报》第37卷第4期(2008.8)上的文章中，张仁元等人用纯的氧化硅和硫酸钠为原料，利用浸润法制备出Na₂SO₄/SiO₂复合定形相变材料。

混合烧结法：将SiO₂和Na₂SO₄混合均匀，加入适量的添加剂再次搅拌均匀，然后在一定压力下冷压成短圆柱体试样，陈化一段时间后在高温下进行烧结。发表在《材料开发与应用》第18卷第6期(2003.12)上的文章中，李爱菊等人以纯的氧化硅和硫酸钠为原料，采用混合烧结法制备出了Na₂SO₄/SiO₂复合定形相变材料。

综合已有的专利技术和文献报道来看，现有的Na₂SO₄/SiO₂复合定形相变材料都是以纯的氧化硅和硫酸钠为原料，通过浸润法或混合烧结法来制备的。这两种方法的在制备过程中都有原料相对昂贵，工艺耗能较高等缺点。

发明内容

本发明的目的是利用廉价的稻壳灰为硅源，原位产生硫酸钠，采用溶胶-凝胶法制备Na₂SO₄/SiO₂复合定形相变材料。

本发明提出的方法是以稻壳灰为硅源，利用溶胶-凝胶法，在制备硅凝胶的同时原位产生分散在凝胶的网络结构中的硫酸钠，通过凝胶老化、干燥制备出Na₂SO₄/SiO₂复合定形相变材料。从已有的专利技术和文献报道来看，尚未有和本发明相同或相似的用稻壳灰做原料制备Na₂SO₄/SiO₂复合定形相变材料的技术。