[发明专利]多孔材料基体和复合相变蓄热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机材料及环保节能技术领域，尤其涉及一种多孔材料基体和利用该基体制备的保温用的复合相变蓄热材料及制备方法。

背景技术

蓄热技术可以解决热能供给与需求失配的矛盾，是提高能源利用效率和保护环境的重要技术。在太阳能利用、电力的“削峰填谷”、工业废热和余热的回收利用以及建筑采暖与空调的节能领域具有广泛的应用前景，近年来已成为世界范围的研究热点。

将相变材料同耐腐蚀性好的基体材料复合得到复合相变蓄热材料是高温蓄热技术(＞600℃)的研究方向之一。目前，复合相变蓄热材料的相变材料主要为无机盐、无机水合盐、金属及合金、有机化合物等，其中无机盐相变材料由于具有价格低廉、较大的相变潜热和比热容、良好的高温稳定性等特点，被广泛用于高温蓄热技术中。

目前，按高温复合相变蓄热材料的基体分类可分为陶瓷基和金属基两大类：金属基目前可用的主要有钴基、镍基、铌基等高温合金，如专利CN101560377A中采用的泡沫金属镍为基体制备的相变蓄热材料，其相变材料含量可达80～95％，具有很好的蓄热性能，但其制备工艺复杂反应条件要求高：复合过程要采用真空加热炉，复合时间长达2-3小时；所使用的金属基体不但稀有昂贵，而且回收利用很难；

专利CN1803965A采用陶瓷基体制备了一种无机盐/陶瓷基复合蓄热材料，具有工艺简单的特点，但由于基体为陶瓷，因此需要经过较高温度的煅烧(1250℃)，能耗高，且陶瓷基体的气孔率较低(46％左右)，无机盐相变材料的含量较低(45～55％)，蓄热性能较差。

专利CN1328107A中两组相变材料质量比含量分别为碳酸钠20-30％、碳酸钡18-28％或硫酸钠45-53％，无机盐的含量较低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种廉价的超轻多孔材料基体，并利用其同无机盐相变材料制备复合相变蓄热材料，同时提供多孔材料基体和复合相变蓄热材料的制备方法。

一种多孔材料基体的制备方法，包括如下步骤：

(1)将含钙原料和含硅原料按摩尔比Ca∶Si＝1∶0.4～1称料混合，按原料总重量的20～40倍添加水，搅拌并在180～320℃下保温4～12h，得到多孔材料料浆；

(2)待上述料浆冷却后，添加0％～5％的纳米金属粉，经干燥、成型后即制得多孔材料基体。

优选地，所述含钙原料为工业废电石渣、氢氧化钙或氧化钙；所述含硅原料为硅灰、硅粉、水玻璃或硅胶；所述纳米金属粉为纳米铜粉、纳米铁粉中的一种或两种的混合物。

优选地，所述含钙原料还进行如下预处理：在600～800℃下煅烧1～2h，冷却到室温，机械破碎，过200目筛，将得到的含钙原料粉末加入60～85℃去离子水消解，电动强力搅拌机搅拌10～30min，密封陈化1～3d。

优选地，所述成型方法为自然干燥成型或抽滤成型。所述抽滤法为：首先将超轻多孔材料和0～5％的金属粉末添加剂搅拌均匀，同时缓慢倒入成型模具中，模具下是200目的不锈钢网筛，打开真空泵使水分从网筛下抽滤出去，待抽滤完成后，取出模具中的已成型的基体材料，放入干燥箱中干燥以继续脱离剩余的水分，得到具有一定形状的基体材料。可以通过不同的模具分别制得球形、圆柱状、长方体状的超轻多孔基体材料。

成型后的多孔材料基体，其基体内部是由纤维缠绕而成的二次粒子紧密堆积而成，二次粒子内部是稀疏的纤维纵横交织分布，二次粒子内部被分割成更小的空间，在二次粒子的外部纤维较为密集，形成紧密的外壳；部分纤维外延生长，形成伸向外壳的尖刺，所述二次粒子又互相交织形成无数微米级或纳米级的空隙；孔径分布曲线呈双峰状，基体内部存在大量分布在0.1μm～25μm范围内的空隙。

经测量，多孔材料基体的密度为0.15g·cm^-3～0.168g·cm^-3、显气孔率为90％～96％左右。

制得的超轻多孔材料基体的各种成分为：CaO 43～62％，SiO₂ 38～55％，其他成分0～5％。

利用上述多孔材料基体制备复合相变蓄热材料的方法，包括如下步骤：

(1)将足量的无机盐相变材料同多孔材料基体一起移入高温设备(可以是高温电阻炉等)，在高于无机盐相变材料的相变温度的氛围内浸渗，使相变材料浸渗入多孔材料基体的孔道内；

或者先将足量的无机盐相变材料升温至完全熔融，立即将多孔材料基体浸入其中，使相变材料浸渗入多孔材料基体的孔道内；