[发明专利]一种淀粉基中空碳微球材料及其制备方法和储热应用

说明书

本发明提供一种淀粉基中空碳微球材料，采用可溶性淀粉作为碳源，羧基功能化的聚苯乙烯为模板剂，经水热反应和高温碳化后，无需活化过程，即可得到具有中空碳微球形貌、比表面积为1300‑1350 m²/g的碳材料。其制备方法包括：1）聚苯乙烯/可溶性淀粉复合微球的制备；2）淀粉基中空碳微球的制备。用作正十八烷相变材料的吸附支撑材料，所得复合相变材料的相变温度为23.9‑29.8℃，相变潜热为129.3‑170.5 J/g。本发明具备以下优点：具有高度连续的中空结构，有效地防止相变材料的泄露；一致性好，可重复性高；制备方法简单，无需活化过程；相变潜热高，热稳定性能优异等特点，并且具有无毒无害的特点，在建筑、储能材料等领域具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明涉及相变储能材料领域，具体涉及一种淀粉基中空碳微球材料及其制备方法和储热应用。

背景技术

近年来，随着化石燃料消耗的不断增加，热能储存得到了广泛的关注，并且也被证明是一种很有前途的能源高效利用技术。相变材料是指在一定温度范围内，物理状态或分子结构发生转变过程中，可以吸收环境的热量，并在需要时向环境释放出热量，从而达到控制周围环境温度的目的，因此被认为是储能的良好选择。与此同时，相变材料在太阳能利用、建筑节能、电子热管理、余热回收等方面发挥着重要作用。

相变材料按照相变过程可以分为固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料。固-液相变材料是相变材料中研究最多和应用最广的一类材料，主要包括结晶水合盐类、熔盐类、石蜡类、脂肪酸等，种类繁多，性能各异。但是无论是无机类固-液相变材料还是有机类固-液相变材料，其液体以流动流失一直是实际应用的难题。

常见的碳材料包括多孔碳、碳纳米管、石墨烯，不同的碳材料，由于其不同形态和微观结构，具备的物理和化学性质差异巨大。其中，多孔碳由于具有高比表面积、吸附热适中、导热性良好、机械稳定性高等优点，且多孔碳材料制备成本低廉、工艺简单，是复合相变材料载体中最常见的材料。多孔碳利用内部微孔结构的毛细吸附作用和表面张力，将液态的相变材料物理吸附在多孔碳材料的孔道内，形成复合相变材料。

多孔碳材料的现有技术，中国专利（申请号201610557581.8）提供了一种3D多孔碳骨架基复合相变材料的制备方法，原料采用有机酮或醛为碳源，获得了多孔碳的微观形貌。该技术采用常见基础化工原料有机酮或醛作为碳源，具有原料一致性的优点，但是，该方法的反应原料存在环境污染的问题，并导致最终产品的应用场景存在一定的限制。

采用生物质原料作为碳源，可以解决上述问题。现有技术中国专利（申请号201810722827.1）提供了一种高储热多孔碳基水合无机盐复合相变材料的制备方法。其原料采用椰壳、果壳或其他生物质材料作为碳源，获得了多孔碳的微观形貌。但是，该技术存在生物质材料的常见问题——无法保证原料的一致性从而无法保证产品形貌、性能的一致性；并且此技术制备碳材料需要通过硝酸溶液进行活化，硝酸溶液对人体的皮肤和粘膜有着强刺激和腐蚀作用，同样存在环境污染和应用场景受限的问题。

采用淀粉作为碳源，可以同时有效解决上述技术问题——即具备环境友好的特点，也具备原料一致性的特点，并且在原料成本上具有显著优势，分析级可溶性淀粉价格仅为45.89元/500 g（http://www.zhaoshiji.com/goods_18670.html）。

采用淀粉为碳源制备多孔碳材料的现有技术目前有2篇相关文献：