[发明专利]一种二元有机/无机纳米复合相变储能材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变储能材料，特别是涉及一种有机无机复合相变储能材料。本发明还涉及该相变储能材料的制备方法。

背景技术

相变材料(phase change materials)是在某一特定温度下，能够从一种状态转变到另一种状态的物质，状态转变时，物质分子迅速由有序向无序或者由无序向有序转变，同时伴随着吸热或放热现象。利用相变材料这种特点，可以将其应用于调节温度，缓解能量供求关系在时间、地点及强度上的不匹配，在太阳能利用、建筑节能、废热余热回收、航空航天等领域有着广泛的应用前景。

相变材料从化学组成上可分为无机、有机及复合相变材料。

无机相变材料使用较多的是无机结晶水合盐，主要包括碱及碱土金属卤化物、硝酸盐等，其特点是相变潜热高、成本低廉、导热系数相对较大，但是存在过冷度大、容易析出、热循环后储能效率下降等缺点。

有机相变材料主要包括高级脂肪烃、脂肪酸及多元醇等，其特点是固体状态成型性较好，不易发生相分离及过冷现象，性能稳定，但存在相变潜热相对低、导热系数小、固-液转变过程易泄漏等缺点。

根据已有的实验研究结果，多数一元有机相变材料的相变温度和相变潜热并不能很好的满足具体实际应用要求，因此，可以直接利用的有机相变材料为数不多。根据热力学有关知识，将两种有机相变材料按一定比例进行混合，得到二元低共熔体系，可以根据要求得到合适的相变温度和相变潜热，同时并不会降低材料的相变焓。此外，根据凝固点下降的原理，还可以将高相变点的相变材料应用于低温范围。其中，二元脂肪酸相变材料体系的优点是相变焓高，融化和凝结能重复实现，且有很小的过冷度，但价格贵是这类材料的缺点。二元醇相变材料体系虽然具有适宜的相变温度，但是存在着较大的热变换及可逆固-固转变的不足。

复合相变储能材料是近年来科研人员研究较多的一种储能材料，具体是用无机化合物与有机固-液相变材料复合而成，既可以克服单一无机相变材料或有机相变材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。决定复合相变储能材料性能优劣的主要因素是相变温度、储能密度、稳定性与经济性。从目前公开的相关报道看，现有相变储能复合材料存在储能密度低、耐久性差、载体成本过高等缺点。

蒙脱石是我国丰产的一类天然黏土矿物，其结构片层处于纳米尺度，包括有三个亚层，在两个硅氧四面体亚层中间夹含一个铝氧八面体亚层，亚层之间通过共用氧原子以共价键连接，结合极为牢固。蒙脱石化学性质稳定，比表面积大，吸附性能好，是一种天然无机纳米层结构硅酸盐矿物材料。蒙脱石的高比表面积可以提高相变材料负载量，从而提高相变潜热；蒙脱石纳米层结构可以更好地吸附固定相变材料分子，从而改善和提高复合相变材料的耐久性。同时蒙脱石来源广泛，易于开采加工，成本较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种二元有机/无机纳米复合相变储能材料，以及该储能材料的制备方法。

本发明所述的二元有机/无机纳米复合相变储能材料由月桂酸/月桂醇熔融共混物与改性蒙脱石混合组成，其中，所述改性蒙脱石的重量为月桂酸/月桂醇熔融共混物重量的1～1.8倍。

本发明的二元有机/无机纳米复合相变储能材料中，所述的月桂酸/月桂醇熔融共混物是由月桂酸与月桂醇按照1∶1.2～1.25的重量比混合熔融得到的熔融共混物。

进一步地，所述月桂酸/月桂醇熔融共混物是将所述月桂酸与月桂醇混合后加入无水乙醇中，于熔化状态下搅拌均匀，除去无水乙醇后得到的月桂酸/月桂醇熔融共混物。

本发明的二元有机/无机纳米复合相变储能材料中，所述的改性蒙脱石是将蒙脱石依次以NaCl和三乙醇胺改性后得到的改性蒙脱石。

其中，所述的NaCl改性中，优选使用 5wt%的NaCl溶液进行改性以得到无机改性蒙脱石。更优选地，是使用与蒙脱石重量相等的5wt%NaCl溶液对蒙脱石进行改性。

进而，所述的三乙醇胺改性中，三乙醇胺的用量为无机改性蒙脱石重量的1.2～1.8倍。

本发明所述二元有机/无机纳米复合相变储能材料的具体制备方法是：

1）将月桂酸与月桂醇按照1∶1.2～1.25的重量比混合，加入0.8～2倍重量于混合物的无水乙醇，50～60℃下保持熔化状态下搅拌20～30分钟，干燥得月桂酸/月桂醇熔融共混物。

2）将1重量份蒙脱石加入3～8重量份水中，加入1重量份5wt%NaCl溶液，50～60℃下搅拌反应2～3小时，静置沉淀10～12小时，沉淀物干燥得到无机改性蒙脱石。