[发明专利]一种含羟基化石墨烯的水性能量交换介质及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含羟基化石墨烯的水性能量交换介质及其制备方法，属于热能交换液体介质技术领域。该能量交换介质使用有机多元醇、净化水、羟基化石墨烯、有机羧酸盐复合缓蚀剂、硅乳液消泡剂及警戒色染料来进行混合及复配制得，添加的羟基化石墨烯表面具有大量羟基等含氧基团，具有很好的溶剂溶解度，在水溶液中较易分散，能显著提高能量交换介质的导热系数。配方中针对冰点范围依据新能源应用系统特点和要求，并且根据系统所在的区域历史最低温资料确定能量交换介质的冰点规格。使用的有机羧酸盐复合缓蚀剂不含对环境或生物有危害的无机盐，绿色安全无毒。其制备方法所用原料易得，过程操作简便，适合于规模化生产应用推广。

技术领域

本发明涉及一种水性能量交换介质及其制备方法，更具体涉及一种含羟基化石墨烯的水性能量交换介质及其制备方法，属于热能交换液体介质技术领域。

背景技术

能量交换涉及工业应用的各个领域，包括动力、冶金、石油化工、机械、材料等传统领域以及电子、核能、航空等新兴科技工业领域，由于工业生产和科学技术发展的需要，能量交换技术在近几十年来获得了广泛重视。随着科学技术的迅猛发展，当前我国正如火如荼进行着能源革命和能源替代，在此进程中诸如太阳能、空气源热泵、中央空调、地热等新能源的应用有着广阔的天地，在采暖、供热、热水工程、冷却、制冷、集中供冷等领域发挥着重要作用，也是我国保卫蓝天、环境保护和节能减排的重要方式和举措。作为各种系统运行中的“血液”——能量交换介质是影响系统安全和能量交换效率的关键因素。

随着新能源的不断实践和大力推广，各种能量交换介质被开发并应用，同时现有技术的能量交换介质存在的问题也暴露出来，总起来说存在冰点适用范围窄、防冻效果性能不稳定、缓蚀阻垢性能差、导热性能不稳定以及存在环保问题等缺陷。

第一，防冻问题，自然界中天然存在的水是低廉的高效能量交换介质，但我国幅员辽阔，气温千差万别。因为水在0℃左右时存在的“热缩冷胀”的反常属性，除了南方几个省份不用考虑防冻问题，我国大多数地区要因地制宜选择不同冰点的能量交换介质。方法是在水中添加乙二醇、丙二醇或丙三醇等多元醇作为抗冻剂以达到降低冰点的目的，几种多元醇的导热系数均比水小。因此在保证系统不被冻坏的前提下尽量保持水的高占比以达到更高的换热效率，也就是根据当地历史最低温选择适宜冰点的介质，而不是千篇一律的选择一种冰点规格。

第二，金属缓蚀问题，无论哪种形式的新能源应用，系统中的设备、管道及末端都存在多种金属材料（如紫铜、黄铜、不锈钢、碳钢、铸铁、铝合金等）与能量交换介质接触。这就要求必须把各种金属的缓蚀也就是预防腐蚀的工作做好，因目前缺乏统一的技术标准，市场上专业开发和生产此类能量交换介质的企业寥寥无几，大多数此类新能源应用系统中加注的是普通的汽车防冻液或者以汽车防冻液配方为基础的能量交换介质。因汽车冷却系统与新能源应用系统中存在的金属材料不同，并没有针对性的缓蚀和重新设计配方。并且质量参差不齐，以产品中含有磷、硼、硅、亚硝酸盐等对环境有害的成分无机盐配方为主。特别是含有硅酸盐的产品中即使添加了硅稳定剂，长时间使用后也容易形成胶体导致堵塞、缓蚀能力下降等等问题，应开发设计环境友好型的新能源行业专用能量交换介质。

第三，换热效率问题，水是液态物质中导热系数比较高的廉价介质，20℃时其导热系数为0.599w/m·k，三种抗冻剂乙二醇、丙二醇和甘油20℃时的导热系数分别为0.253 w/m·k、0.219 w/m·k和0.276 w/m·k，以配制成质量比为40%的水溶液为例，三种能量交换介质（依次为乙二醇型、丙二醇型和甘油型）20℃时的导热系数分别为0.415 w/m·k、0.402w/m·k和0.45 w/m·k；很明显，各种介质的导热系数由于有机醇的加入导致导热系数大大降低，如何增大其导热系数从而提高介质的换热效率也成为一个重要的课题。

第四、环保安全问题，在解决金属缓蚀时需要向能量交换介质中加入各种助剂，但目前通常的配方中加入了容易使水环境富氧化的磷酸盐、对环境有危害的硼酸盐、硅酸盐和亚硝酸盐，特别是亚硝酸盐为高毒物质，更容易危害各种生物甚至是人类健康，因此，开发环保、安全、易降解和无毒的环境友好型配方的能量交换介质亦是当务之急。