[发明专利]聚乙二醇/二氧化硅复合定形相变储能材料的制备方法及其产品

说明书

所属技术领域

本发明涉及热能储能材料，尤其是聚乙二醇/二氧化硅复合定形相变储能材料制造领域。

背景技术

用改良西门子生产多晶硅过程中，会产生大量的副产物-四氯化硅，每生产1公斤多晶硅就要产生10-15公斤四氯化硅。而四氯化硅是一种有毒有害具有强腐蚀性的液体，若不回收利用，对环境和人体安全危害极大。据统计，我国已建和在建的多晶硅厂家有40余家，四氯化硅的综合利用已成为制约我国多晶硅可持续发展的技术瓶颈。目前，四氯化硅的综合利用主要有两个方向：一是将还原尾气中的四氯化硅通过高温或低温氢化将其转化为多晶硅的原料-三氯氢硅，再返回多晶硅生产系统直接生产多晶硅，但只能利用一部分。二是用四氯化硅生产其他化工产品，如白炭黑、硅酸乙酯和有机硅产品等，但由于成本和市场问题，也无法消化多晶硅生产所产生的大量的四氯化硅。因此，寻求一种成本低、能耗低和市场前景广阔的四氯化硅综合利用技术已势在必行。相变储能技术作为一种新的节能减排方式，已成为科学界和产业界关注的焦点。相变储能材料利用物质在相变过程中吸收能量和释放能量的特点，实现能量的存储与利用，缓解能量在空间和时间上的供需矛盾，达到提高能源使用效率的目的。因此在当今能源和环境问题日益严重的社会中，相变储能材料在建筑节能、太阳能利用、余热回收和电力移峰填谷等领域具有重要价值，在能源、材料、航空航天、纺织、电力和建筑等众多领域中倍受关注。

按照相变过程物质形态的不同，相变储能物质可分为固-液、固-气、液-气、固-固四种。固-气和液-气相变储能物质由于相变前后体积变化大，使用时要有很多的复杂装置，因此在实际工程应用中较少使用，而固-固相变储能物质通常储能密度太小，可适用的体系少，在实际应用中也较少使用。固-液相变储能材料储能密度大、相变前后体积变化小，且近似恒温，在实际工程应用中具有广阔的应用前景，然而其相变后的流动性和腐蚀性是其使用过程中的突出问题。目前解决固-液相变储能材料相变后流动性和腐蚀性问题的技术方法主要有胶囊化和定形化，即将相变储能材料嵌入到具有三维网络结构、层状结构或多孔结构的化合物中。SiO₂作为一种价廉且比表面积大的多孔物质，被广泛用于固-液相变储能物质的定形改性，SiO₂定形相变储能材料的制备方法，主要有两种，一是真空压入法，即采用抽真空减压使多孔材料脱吸附，相变后的相变储能物质在空气压的作用下压入多空材料的孔洞结构中；二是溶胶-凝胶法，即将相变储能物质溶解或分散在水中，通过溶胶-凝胶法的方法对相变储能物质进行定形改性。真空压入法主要通过多孔结构的“毛细”物理吸附作用对相变储能物质进行密封，而溶胶-凝胶是通过多孔结构的“毛细”物理吸附、聚合物网络结构的网络限域、甚至键合作用对相变储能物质进行密封。因此，与真空压入法相比，溶胶-凝胶法制备SiO₂定形相变储能材料的密封效率更高，密封性能更好。

目前已公开的溶胶-凝胶法制备SiO₂定形相变储能材料的硅源主要是水玻璃和有机硅化合物，制备过程往往需要添加促进剂，由于是吸热反应，还需附加热源，不仅原料成本较高，而且生产周期较长，生产工艺较复杂，生产成本也较高，不利于SiO₂定形相变储能材料的工业化生产，大大限制了SiO₂定形相变储能材料的工程应用。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是克服现有技术的不足，研究一种以多晶硅副产物四氯化硅为硅源的聚乙二醇/二氧化硅复合定形相变储能材料及其制备方法，并摸索四氯化硅为硅源合理的工艺方案，使之既可变废为宝，又可降低产品的生产成本，有利于SiO₂定形相变储能材料的工业化生产和广泛的推广应用。

本发明的目的是通过如下的手段实现的。

聚乙二醇/二氧化硅复合定形相变储能材料的制备方法，包括下述步骤：

(1)取数均分子量为600-20000的聚乙二醇或数均分子量为600-20000的聚乙二醇中的两种聚乙二醇按0.5-1/1混合得到工作物质聚乙二醇，将工作物质聚乙二醇按0.2-1.0g/ml溶解于水中，得到聚乙二醇水溶液；

(2)将多晶硅副产物SiCl₄滴加到步骤(1)所得的聚乙二醇水溶液中，发生水解和溶胶-凝胶反应形成三维网络结构的凝胶；

(3)将步骤(2)得到的凝胶干燥，捣碎，制成粉体；