[发明专利]一种粉煤灰基复合相变储热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉煤灰基复合相变储热材料及其制备方法，属于储能材料技术领域。

背景技术

能源是人类生存和发展的基础。以化石燃料为主的能源供给体系带来的能源危机和环境恶化等问题已经倍受人们关注，开发利用可再生能源、节能减排及提高能源利用率已成为世界各国缓解能源供需矛盾、减轻环境污染、调整能源结构和转变经济增长方式的重要途径。在太阳能、风能、生物质、潮汐能等可再生能源中，太阳能因其储量的无限性、存在的普遍性、利用的清洁性和开发的经济性成为最重要的可再生能源。

由于太阳辐射能量密度低、辐射强度不断变化，导致其在开发、转换、运输和利用过程中，在供需间存在着数量上、形态上和时间上的差异，具有显著的不稳定性、季节性和间歇性。因此，稳定、可靠、高效的储能技术不仅是太阳能热利用系统的关键和核心，也是解决能量供求在时间和空间上不匹配性的关键。在开发利用可再生能源的同时，提高现有能源的利用率是缓解能源危机的另一重要途径。在整个能量消费结构中，绝大部分的能量是通过热能的形式或者由热能转换成其他形式的能量后再加以利用的。因此，提高热能的利用效率、实现热能的循环利用是提高能源利用率的必然途径。当前热能利用的突出浪费是“降级使用”，即利用化石燃料直接产生热能后用于生产和生活，该利用方式存在大量低温余热的浪费。因此，寻求低成木、高效的低温热能存储方法，不仅可提高能源利用率，解决能量供需间的矛盾，而且可实现节能减排的目的。可见，储热技术是提高能源利用率和保护环境的有效手段。

因此，从国民经济和社会发展的需求看，有关热能利用与存储技术的研究有利于推动热能更广范围、更高层次的综合利用，有利于实现节能减排和低碳经济的目标。具有热能储存和温度调控功能的物质称为相变材料。理论上，任何物质都可以作为相变储能材料，因此相变材料数量庞大，种类繁多。但目前市售的相变储能材料热稳定性差，储热性能弱，还需对其进一步研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对热稳定性差，储热性能弱的问题，提供了一种粉煤灰基复合相变储热材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种粉煤灰基复合相变储热材料，其特征在于，所述相变储热材料以膨胀石墨片和改性粉煤灰为支撑材料，以肉豆蔻酸、硬脂酸、聚乙二醇作为三元相变基材。

所述各原料的重量份为1～2份膨胀石墨片，12～24份改性粉煤灰，20～25份肉豆蔻酸，20～25份硬脂酸，20～25份聚乙二醇。

所述膨胀石墨片为可膨胀石墨研磨过筛干燥后加热至850～950℃保温反应30～40s，再超声分散在乙醇溶液中5～8h，过滤醇洗干燥，得膨胀石墨片。

所述改性粉煤灰为经600～650℃焙烧2～3h的粉煤灰用柠檬酸浸泡处理后过滤、水洗、干燥、研磨、过400目筛制得。

所述柠檬酸质量分数为1%，所述浸泡处理为浸泡在柠檬酸溶液中在50～60℃下搅拌2～3h。

具体步骤为：

S1.将可膨胀石墨研磨过筛干燥后加热至850～950℃保温反应30～40s，再超声分散在乙醇溶液中5～8h，过滤醇洗干燥，得膨胀石墨片；

S2.将粉煤灰加热至600～650℃焙烧2～3h后浸泡在柠檬酸溶液中，在50～60℃下搅拌2～3h后过滤、水洗、干燥、研磨、过400目筛，得改性粉煤灰；

S3.取膨胀石墨片、改性粉煤灰、肉豆蔻酸、硬脂酸、聚乙二醇，以5℃/min加热至60～70℃，并在真空度为60～80kPa下，以150W超声功率，40kHz频率协同吸附20～30min，继续以5℃/min加热至80～90℃，继续吸附20～30min，冷却至室温后得粉煤灰基复合相变储热材料。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明通过对可膨胀石墨进行处理，扩大其层间距和比表面积，并利用超声剥离法剥离成纳米薄皮，再通过对粉煤灰高温膨胀处理后再用稀酸改性，增大粉煤灰比表面积，提高粉煤灰吸附性和分散性，利用膨胀石墨片在改性粉煤灰的高孔隙中形成导热网络，能够将相变材料储存的能量更快地传递，强化传热效果，且肉豆蔻酸、硬脂酸、聚乙二醇作为三元相变基材，均匀的嵌入改性粉煤灰的多孔结构中，热稳定性好，储热性能优异；

（2）本发明制备的复合相变储能材料所使用的粉煤灰来源于城市发电所产生的固体废弃物，可废物利用，降低对环境的污染，并有望在建筑保温材料和太阳能利用等领域得到实际应用。

具体实施方式