[发明专利]钴铝尖晶石型蓝色纳米陶瓷颜料的合成及在制备太阳能吸光涂层中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种CoAl₂O₄尖晶石型蓝色陶瓷颜料的合成方法，尤其涉及一种溶胶-凝胶自蔓延燃烧法合成CoAl₂O₄尖晶石型蓝色陶瓷颜料的方法，本发明同时还涉及该CoAl₂O₄尖晶石型蓝色陶瓷颜料在制备蓝色太阳能吸光涂层中的应用，属于尖晶石型化合物的制备及其在太阳能光热转化领域的应用。

背景技术

能源危机和环境污染已成为影响经济社会发展的重要因素，能否获得无污染的能源成为当今社会关注的焦点之一。太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的清洁能源得到了越来越多的重视。因此，利用太阳能的各种新材料、新设计、新技术成为当今新能源领域的研究热点。目前，实现太阳能热利用最普遍、最简单、最有效、最直接的方式是通过转化装置把太阳辐射能转化为热能。其中，太阳能光-热转装置的核心部件是太阳能选择性吸收涂层，其高效的选择性吸收是指吸收涂层在太阳光可见及近红外辐射区表现出较高的吸收率（α ），而在红外辐射区具有较低的发射率（ε ）。

目前，太阳能选择性吸收涂层的制备方法有很多，如磁控溅射技术、电化学的方法、溶胶-凝胶法、电镀法、化学转化法、涂料法等。上述每种太阳能涂层制备技术都有各自的优缺点：磁控溅射技术制备的涂层的性能较好，但是用在高温领域需要选用特殊的金属，成本较高；电化学方法制备的涂层耐高温性能也不是很理想；溶胶-凝胶法制备的涂层耐温性能不错，但在生产过程中需要对有机物进行烧蚀，涂层的附着力也不够理想；电镀法制备的涂层耐湿性能较差；化学转化法制备涂层的耐温性能较好，但是发射率较高。虽然涂料型涂层发射率较高，但是处于对太阳能利用综合成本的考虑，涂料喷涂法是最简单、最有效、生产成本最低的太阳能吸收涂层制备方法。专利CN102635964A以重量百分比为5~20%的还原石墨烯氧化物和80~95%乙烯-醋酸乙烯共聚物配成涂料溶液，采用刮膜法或者熔融压制法将溶液沉积到红外反射的镜面基底上，成功制备出选择性吸收性能高的太阳光吸收涂层。然而，该种方法所用的石墨烯氧化物，不易于降低生产成本。此外，该种方法制备的涂层为单一的黑色，不美观，缺乏装饰性，无法实现太阳能吸收涂层与建筑物在色彩上协调一致，从而影响了太阳能吸光涂层在户外建筑应用中的美观性。因此，有必要开发和制备性能稳定、材料廉价、实用性强、生产工艺简单的彩色太阳能吸光涂层，从而实现太阳能吸光涂层在未来户外建筑应用中与建筑物在色彩上的协调一致、达到装饰美观的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种溶胶-凝胶自蔓延法合成CoAl₂O₄尖晶石型蓝色纳米陶瓷颜料的方法；

本发明的另一目的是提供一种上述CoAl₂O₄尖晶石型蓝色纳米陶瓷颜料在制备蓝色尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂层中的应用。

一、CoAl₂O₄尖晶石型蓝色纳米陶瓷颜料的合成

本发明采用溶胶-凝胶自蔓延法合成CoAl₂O₄尖晶石型蓝色纳米陶瓷颜料，将过渡金属钴盐、金属铝盐溶解于蒸馏水中获得起始溶液；将螯合剂、酯化剂的混合水溶液滴加到起始溶液中，搅拌加热至35~40 ℃得到溶胶-凝胶前驱体；用氨水调节溶胶-凝胶前驱体至pH值为6~7，在35~40℃的条件下继续搅拌，使其水解形成溶胶溶液；将溶胶溶液在120~130 ℃条件下蒸发溶剂得到干凝胶，然后用无水乙醇引燃干凝胶，使其充分自蔓延燃烧得燃烧产物，最后将燃烧产物于400~800 ℃下热处理2~3 h，得到组分均匀、纯度高、晶型结构好的CoAl₂O₄尖晶石型蓝色纳米陶瓷颜料。

所述过渡金属钴盐为钴的卤化盐、硫酸盐、磷酸盐或羧酸盐；金属铝盐为硝酸铝、卤化铝、硫酸铝铵、磷酸二氢铝。且过渡金属钴盐与金属铝盐以1:2的摩尔比形成起始溶液。

所述鳌合剂为氨基三乙酸、甘氨酸、柠檬酸、酒石酸、乳酸、苹果酸、葡萄糖酸、羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸中的任何一种；优选己二胺四乙酸、柠檬酸。螯合剂的用量为过渡金属盐总摩尔量的0.7~1.6倍。

所述酯化剂为乙二醇、丙三醇、聚乙二醇200、聚乙二醇300、聚乙二醇400、聚乙二醇600或聚乙二醇甲醚中的一种；优选聚乙二醇400为酯化剂。酯化剂与螯合剂的摩尔比为0.6:1~1.4:1。