[发明专利]一种水合盐-金属有机骨架复合相变材料的制备方法

说明书

本发明属于纳米复合材料和复合相变材料领域，具体涉及一种金属有机骨架基复合相变材料的制备方法。具体方案首先选择合适的金属盐、配体以及无机相变材料基材，根据芯材的种类对金属有机骨架进行孔径孔道大小的设计和调控，以更好的匹配所要负载的相变芯材；将金属盐、配体、无机相变材料及添加剂进行共混，密封保温一段时间后，补充适当的水分，便得到水合盐‑金属有机骨架复合相变材料。本发明的优点在于：所制备的复合相变材料，不但能够提高复合相变材料的热存储性能，而且可以有效避免相变相分离和过冷度等问题；用本发明制备的复合相变材料传热性能优异、循环稳定性好；该复合相变材料制备过程工艺简单，一步完成，无副产物，无需后处理，适合规模化生产。

技术领域

本发明属于复合材料和复合相变材料领域，具体涉及一种金属有机骨架基复合相变材料的制备方法。

背景技术

化石燃料的日趋减少和人类对能源的迫切需求使能源短缺成为举世瞩目的重要问题，开发新能源替代传统化石燃料是解决上述问题的必然趋势。目前，人类开发并已经投入使用了一些清洁能源如太阳能、风能、海洋能等。然而此类能源往往存在间断性、波动性等缺陷，增加了使用的局限性，无法满足全天候连续使用的要求。相变储能技术通过相变储能材料(Phase change materials，PCMs)发生相转变实现能量的吸收和释放，并同时达到有效控温的目的，是解决上述清洁能源缺陷的有效途径。相变储能材料现已在室内控温，废热再利用，电力移峰填谷，太空航天以及军事领域等得到了广泛的应用。

固-液相变材料由于具有优异的能量储存性能和良好的循环使用性能，目前得到了最为广泛的应用。根据相变材料的性质，一般可分为无机相变材料和有机相变材料二大类。无机相变材料具有相变潜热大、相变温度范围广(可从几摄氏度到上百摄氏度)、价格便宜、导热系数高等优点，然而无机相变材料存在严重的过冷和相分离现象，这大大影响了无机水合盐的使用寿命和储热性能。该问题的解决，可大大延长其使用寿命，增强潜热储热性能，提高其在传统应用领域的使用效果，具有十分重要的意义。例如，专利CN 103525373A公开了一种复合定形相变蓄热材料及其制备方法。该专利通过表面活性剂对相变材料的乳化作用后，将相变材料封装于多孔材料中。专利CN 103525373A公开了一种Na₂HPO₄·12H₂O储热材料及其制备方法。该专利介绍的相变材料具有热循环性能好，方法可靠性好，应用方便等优点。上诉方法虽然能够解决或部分解决无机相变材料的过冷和相分离等问题，但是制备过程复杂、工艺繁琐，给推广应用带来诸多不便，并且长期性能难以得到保证。

金属有机骨架材料(MOFs)是一种具有周期性无限网络结构的纳米多孔材料，MOFs的孔道可吸附无机相变材料，并为相变材料提供成核点，同时三维的网络结构可有效阻止相变材料的相分离，实现相变材料过冷度的降低和阻止相分离的产生。因此，开发一种新型金属有机骨架基复合相变材料具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于通过原位合成方法，开发一种新型的复合相变材料，使该类相变材料有效解决无机相变材料存在的过冷度和相分离等问题，同时又具有生产工艺简单，制备方便等特点。

本发明的技术方案是：1)首先根据相变芯材的种类选择合适的金属盐、配体，对金属有机骨架进行孔径孔道大小的设计和调控，以更好的匹配所要负载的相变芯材；2)将金属盐、配体、无机相变材料及添加剂进行共混，加入适当的水，密封保温一段时间后，便得到水合盐-金属有机骨架复合相变材料。

具体制备步骤为：

将金属盐、配体、相变材料及添加剂进行共混，混合均匀后密封，放入烘箱中，在40～220℃条件下保温4～120h，待反应结束后，加入一定量的水，进一步混合均匀，即得到水合盐-金属有机骨架复合相变材料。金属盐：配体：相变材料：添加剂的质量比为1～100：1～100：1～100：1～100。