多孔材料基體和復合相變蓄熱材料及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種多孔材料基體的制備方法，包括如下步驟：將含鈣原料和含硅原料按摩爾比Ｃａ∶Ｓｉ＝１∶０．４～１稱料混合，按原料總重量的２０～４０倍添加水，攪拌并在１８０～３２０℃下保溫４～１２ｈ，得到多孔材料料漿；待上述料漿冷卻后，添加０％～５％的納米金屬粉，經干燥、成型后即制得多孔材料基體。將多孔材料基體浸入完全熔融后的無機鹽相變材料中，使相變材料浸滲入多孔材料基體的孔道內；完成浸滲后，停爐冷卻，待試樣出爐后對其進行去鹽處理，即得復合相變蓄熱材料。本發明專利技術制備的基體材料同無機鹽浸潤性能好同時又具有優良的高溫化學穩定性。制備的復合相變蓄熱材料具有高蓄熱密度、良好導熱性能、材料廉價的優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及無機材料及環保節能
，尤其涉及一種多孔材料基體和利用該 基體制備的保溫用的復合相變蓄熱材料及制備方法。
技術介紹
蓄熱技術可以解決熱能供給與需求失配的矛盾，是提高能源利用效率和保護環境 的重要技術。在太陽能利用、電力的“削峰填谷”、工業廢熱和余熱的回收利用以及建筑采暖 與空調的節能領域具有廣泛的應用前景，近年來已成為世界范圍的研究熱點。將相變材料同耐腐蝕性好的基體材料復合得到復合相變蓄熱材料是高溫蓄熱技 術(> 600°C )的研究方向之一。目前，復合相變蓄熱材料的相變材料主要為無機鹽、無機 水合鹽、金屬及合金、有機化合物等，其中無機鹽相變材料由于具有價格低廉、較大的相變 潛熱和比熱容、良好的高溫穩定性等特點，被廣泛用于高溫蓄熱技術中。目前，按高溫復合相變蓄熱材料的基體分類可分為陶瓷基和金屬基兩大類金屬 基目前可用的主要有鈷基、鎳基、鈮基等高溫合金，如專利CN101560377A中采用的泡沫金 屬鎳為基體制備的相變蓄熱材料，其相變材料含量可達80 95 %，具有很好的蓄熱性能， 但其制備工藝復雜反應條件要求高復合過程要采用真空加熱爐，復合時間長達2-3小時； 所使用的金屬基體不但稀有昂貴，而且回收利用很難；專利CN1803965A采用陶瓷基體制備了 一種無機鹽/陶瓷基復合蓄熱材料，具有工 藝簡單的特點，但由于基體為陶瓷，因此需要經過較高溫度的煅燒(1250°C )，能耗高，且陶 瓷基體的氣孔率較低(46%左右)，無機鹽相變材料的含量較低(45 55% )，蓄熱性能較差。專利CN1M8107A中兩組相變材料質量比含量分別為碳酸鈉20-30%、碳酸鋇 18-28 %或硫酸鈉45-53 %，無機鹽的含量較低。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種廉價的超輕多孔材料基體，并利用其同 無機鹽相變材料制備復合相變蓄熱材料，同時提供多孔材料基體和復合相變蓄熱材料的制 備方法。一種多孔材料基體的制備方法，包括如下步驟(1)將含鈣原料和含硅原料按摩爾比Ca Si = I 0. 4 1稱料混合，按原料總 重量的20 40倍添加水，攪拌并在180 320°C下保溫4 12h，得到多孔材料料漿；(2)待上述料漿冷卻后，添加0% 5%的納米金屬粉，經干燥、成型后即制得多孔 材料基體。優選地，所述含鈣原料為工業廢電石渣、氫氧化鈣或氧化鈣；所述含硅原料為硅 灰、硅粉、水玻璃或硅膠；所述納米金屬粉為納米銅粉、納米鐵粉中的一種或兩種的混合物。優選地，所述含鈣原料還進行如下預處理在600 800°C下煅燒1 池，冷卻到室溫，機械破碎，過200目篩，將得到的含鈣原料粉末加入60 85°C去離子水消解，電動強 力攪拌機攪拌10 30min，密封陳化1 3d。優選地，所述成型方法為自然干燥成型或抽濾成型。所述抽濾法為首先將超輕多 孔材料和0 5%的金屬粉末添加劑攪拌均勻，同時緩慢倒入成型模具中，模具下是200目 的不銹鋼網篩，打開真空泵使水分從網篩下抽濾出去，待抽濾完成后，取出模具中的已成型 的基體材料，放入干燥箱中干燥以繼續脫離剩余的水分，得到具有一定形狀的基體材料。可 以通過不同的模具分別制得球形、圓柱狀、長方體狀的超輕多孔基體材料。成型后的多孔材料基體，其基體內部是由纖維纏繞而成的二次粒子緊密堆積而 成，二次粒子內部是稀疏的纖維縱橫交織分布，二次粒子內部被分割成更小的空間，在二次 粒子的外部纖維較為密集，形成緊密的外殼；部分纖維外延生長，形成伸向外殼的尖刺，所 述二次粒子又互相交織形成無數微米級或納米級的空隙；孔徑分布曲線呈雙峰狀，基體內 部存在大量分布在0. 1 μ m 25 μ m范圍內的空隙。經測量，多孔材料基體的密度為0. 15g · cm—3 0. 168g · cm—3、顯氣孔率為90% 96%左右。制得的超輕多孔材料基體的各種成分為CaO 43 62%，SW2 38 55%，其他成 分0 5%。利用上述多孔材料基體制備復合相變蓄熱材料的方法，包括如下步驟(1)將足量的無機鹽相變材料同多孔材料基體一起移入高溫設備(可以是高溫電 阻爐等)，在高于無機鹽相變材料的相變溫度的氛圍內浸滲，使相變材料浸滲入多孔材料基 體的孔道內；或者先將足量的無機鹽相變材料升溫至完全熔融，立即將多孔材料基體浸入其 中，使相變材料浸滲入多孔材料基體的孔道內；(2)完成熔融浸滲程序后切斷電源，停爐冷卻至室溫，待試樣出爐后對其進行去鹽 處理，即得復合相變蓄熱材料。優選地，所述無機鹽相變材料為硫酸鉀、硫酸鈉、氯化鎂、氯化鈉和氯化鉀中的一 種或幾種。優選地，所述浸滲溫度比無機鹽相變溫度高30°C 50°C (浸滲溫度800 9600C )，浸滲時間為IOmin 30min。上述方法制備的復合相變蓄熱材料，其中無機鹽相變材料占復合相變蓄熱材料的 質量分數為80% 95%。制得的復合蓄熱材料，無機鹽相變材料占復合蓄熱材料質量分數為80% 95%。本專利技術與現有技術相比，具有如下優點和有益效果1、相變材料含量高，其在復合體中的質量分數可以達到80 95%，儲能密度可達 249. 73 516. 49kJ/kg( Δ T = 100°C )，蓄熱性能遠遠高于一般的顯熱儲存材料或復合相變 蓄熱材料。2、制備超輕多孔材料基體的原料可以為工業廢渣，特別是電石渣不僅降低了復合 相變蓄熱材料的生產成本，而且減少了工業廢渣對環境的危害，實現了變廢為寶，為工業廢 渣的再利用提供了一條有效的途徑。3、在制備超輕多孔材料基體的過程中，加入一定量導熱性能良好的金屬粉末，能有效的改善基體的導熱性能，由于基體材料特殊的孔道結構，通過毛細管張力作用，使得相 變材料熔化后保留在基體內不流出來，可與相容性流體直接接觸換熱，不存在容器熱阻，換 熱效率高。4、超輕多孔材料基體與幾種無機鹽之間具有很好的高溫化學穩定性；本專利技術中采 用的幾種無機鹽都和基體材料緊密堆積，且結合情況良好。5、整個浸滲制備過程的工藝簡單，與一般的陶瓷基和金屬基復合相變材料相比， 除了具有高浸滲率之外，浸滲溫度和浸滲時間要求更低。整體制備流程具有操作簡單、反應 溫度低，反應可以不需要助劑。6、本專利技術所制備的復合蓄熱材料具有良好的高溫化學相容性，且在發生固液相變 時可以保持原來的形狀而不導致熔鹽的流失，在蓄放熱過程中可以與相容性流體直接接觸 換熱，大大提高了換熱效率。附圖說明附圖1為實施例1制備的超輕多孔材料的掃描結果微觀結構圖，箭頭指向的是箭 頭所在處的放大圖。具體實施例方式下面結合具體實施例對本專利技術作進一步具體詳細描述，但本專利技術的實施方式不限 于此，對于未特別注明的工藝參數，可參照常規技術進行。實施例1(1)超輕多孔材料基體的制備將75g的電石渣放入陶瓷坩堝內，在800°C下煅燒2小時，于干燥器中冷卻至室溫， 粉磨，過200目篩，將得到的電石渣粉末加入85°C去離子水消解，電動強力攪拌機250r/min 攪拌30min，密封陳化3d，得到消解過后的石灰乳。按鈣硅摩爾比為1 1，水固比(水與 固相的質量比)為1 30的比例，向消解過后的石灰乳中加入硅粉和水，混合均勻后倒入 反應釜，同時啟動攪拌電機，升溫加熱至220°C，在220°C的溫度下保溫時間他，然后關閉電 源，自然冷本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多孔材料基體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：（１）將含鈣原料和含硅原料按摩爾比Ｃａ∶Ｓｉ＝１∶０．４～１稱料混合，按原料總重量的２０～４０倍添加水，攪拌并在１８０～３２０℃下保溫４～１２ｈ，得到多孔材料料漿；（２）待上述料漿冷卻后，添加０％～５％的納米金屬粉，經干燥、成型后即制得多孔材料基體。

【技術特征摘要】
1.一種多孔材料基體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將含鈣原料和含硅原料按摩爾比Ca Si = 1 0.4 1稱料混合，按原料總重量 的20 40倍添加水，攪拌并在180 320°C下保溫4 12h，得到多孔材料料漿；(2)待上述料漿冷卻后，添加0% 5%的納米金屬粉，經干燥、成型后即制得多孔材料基體。2.根據權利要求1所述的多孔材料基體的制備方法，其特征在于，所述含鈣原料為工 業廢電石渣、氫氧化鈣或氧化鈣；所述含硅原料為硅灰、硅粉、水玻璃或硅膠；所述納米金 屬粉為納米銅粉、納米鐵粉中的一種或兩種的混合物。3.根據權利要求1或2所述的多孔材料基體的制備方法，其特征在于，所述含鈣原料還 進行如下預處理在600 800°C下煅燒1 池，冷卻到室溫，機械破碎，過200目篩，將得 到的含鈣原料粉末加入60 85°C去離子水消解，電動強力攪拌10 30min，密封陳化1 3d。4.根據權利要求1所述的多孔材料基體的制備方法，其特征在于，所述成型方法為自 然干燥成型或抽濾成型。5.根據權利要求1 4任意一項方法制得的多孔材料基體，其特征在于，所述基體內部 是由纖維纏繞而成的二次粒子緊密堆積而成，二次粒子內部是稀疏的纖維縱橫交織分布， 二次粒子內部被分割成更小的空間，在二次粒子的外部纖維較為密集，形成緊密堅實的外 殼；部分纖維外延生長，形成伸向外殼的尖刺，所述二次粒子又互...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曾令可，付英，王慧，程小蘇，劉平安，劉艷春，高富強，劉飛，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：81[中國|廣州]