[发明专利]用于太阳能中高温热利用的离子液体纳米流体的制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于太阳能传热技术领域，涉及一种石墨烯离子液体纳米流体的制备方法，具体涉及一种用于太阳能中高温热利用的离子液体纳米流体的制备方法。

背景技术

太阳能的热利用作为太阳能资源开发利用的重要组成部分，已成为世界各国可能源持续发展战略的重要组成部分。它主要分为100℃以下的低温热利用和100℃以上的中、高温热利用。中高温太阳能热利用系统主要包括集热、储热、换热、动力、发电等子系统。

目前，集热、传热流体主要是采用导热油和熔融盐。导热油的缺点是存在高温不稳定性，易分解碳化且导热系数低；而熔融盐的凝固点较高，一般大于120℃，使用过程中易堵塞管道，需要额外增加一套加热保护系统以实现启动与盐的化融过程，增加了系统的复杂性与成本，并带来维护困难等缺陷。

离子液体是一类由特定的有机阳离子与无机或有机阴离子构成的在室温或近室温下呈现液态的熔盐体系。与上述传热流体相比，离子液体不仅具有熔点低、液程宽、几乎不挥发、热稳定性和化学稳定性好等优点，还具有结构可设计性，可以依据需要通过改变阴阳离子结构来调控性能。而且，由于离子液体具有密度高、热容及储能密度大等优点，是性能优良的传热流体，其最高使用温度可以达到500℃，特别是在太阳能中高温热利用领域具有广阔应用前景，但传统方法制备的基础离子液体的导热系数较低，传热系数小，限制了其进一步的应用。

通过将纳米级的金属粒子如金离子、氧化铜、氧化铝和碳纳米管添加到离子液体中，构成的悬浮液纳米流体，其导热系数比基础离子液体流体有明显的提高。现有离子液体纳米流体中，通常需要添加表面活性剂来提高纳米粒子的分散性能，也很少涉及在太阳能中高温领域中的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷，提供一种用于太阳能中高温热利用的离子液体纳米流体的制备方法。

本发明将石墨烯直接添加到离子液体中分散均匀，由于石墨烯具有二维纳米结构，拥有独特的物理性质及优异的电学、热学和光学性能，室温条件下其导热系数高达5300W/mK，不仅远高于CuO、Al₂O₃等金属和金属氧化物材料，还高于轴向导热系数达3000W/mK的碳纳米管，因此在离子液体中添加石墨烯构成的黑液，其集热性能显著提高，同时导热系数也有明显的提高，从而达到强化传热的目的。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

用于太阳能中高温热利用的离子液体纳米流体的制备方法，包括以下步骤：将石墨烯加入离子液体中，进行超声分散，形成均匀稳定的悬浮液即得到离子液体纳米流体。

本发明所述石墨烯在离子液体纳米流体中的质量分数为0.001～0.1%。

本发明所述超声分散的过程为：先用200～300W功率超声3～4h，再用20～40W功率超声2～4s，静置2～6min；所述超声分散的次数为90~130次。

本发明所述离子液体的阳离子为咪唑类，包括[BMIM]⁺、[C_nMIM]⁺、[C_nBIM]⁺或[C_nHIM]，2≤<n≤10，阴离子为[BF₄]^-、[PF₆]^-、[NTf²]^-或[CF₃ SO₃]^-。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

（1）本发明制备的离子液体纳米流体的石墨烯添加量少、导热系数高、集热性能好、稳定性好；

（2）本发明制备的离子液体纳米流体中不添加表面活性剂，具有环境友好性；

（3）本发明的制备方法工艺简单、成本低廉，可以用于100℃以上太阳能中高温热利用领域。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明要求的保护范围并不仅限于此。

实施例1