相变储能复合材料的制备及其性能表征

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随着全球经济的快速发展,全球能源短缺问题日益凸显,能源形势日趋严峻。利用相变材料相变过程中的相变潜热来实现能量的储存和利用,有助于提高能源利用效率,逐渐成为近年来能源科学和材料科学领域中重要的研究内容。利用各种复合手段或技术制备新型相变储能复合材料,是解决相变材料易泄露问题、提高相变储能效果及拓展其应用范围的有效途径,微胶囊法和溶胶-凝胶法是两种重要的复合材料制备方法。本课题结合前人的研究,继续深入研究相变储能复合材料的制备方法,以求能做出一些创新。(1)采用复凝聚法,通过单因素实验探究了复凝聚反应pH、乳化转速、芯壳比、交联剂用量、复凝聚反应时间对产品包覆率及包覆效率的影响。通过正交实验探究各因素对微胶囊包覆率的显著性作用。各因素影响大小顺序为:交联剂用量>pH>转速>芯壳比。制备微胶囊的最优组合为pH=4.0,转速1200r/min,芯壳比1:1,交联剂用量6mL,复凝聚反应时间30min。石蜡和桃胶/壳聚糖没有发生化学反应,微胶囊是两者之间的物理结合。在最佳工艺条件下制备出的微胶囊呈圆球状,粒径介于20~30 μm之间。微胶囊的相变点和相变焓分别为55.7℃、173.4J/g,包覆率和包覆效率分别达到了85.9%、85.7%,微胶囊具有较好的储热性能和热稳定性能。(2)采用溶胶-凝胶法,通过单因素试验,确定了微胶囊制备的优惠工艺条件,分别是乳化剂用量3.0g,pH=2.0,芯壳比1.5:1,转速1OOOrpm,TNBT/无水乙醇比例1:2。FT-IR和XRD分析表明微胶囊是石蜡与TiO2物理结合的产物。DSC分析得出微胶囊的熔点为61.8℃,熔融焓为90.37J/g。微胶囊包覆率达到69.36%,包覆效率达到71.69%。TGA分析表明微胶囊具有良好的热稳定性。SEM可以看出微胶囊呈椭球型或圆球形,表面粗糙,粒径在80~90 μ m之间。(3)采用溶胶-凝胶法制备了SiO2包覆CaCl2·2H2O相变储能纳米复合材料。根据XRD、EDS、SEM、TEM结果,证明所得样品是相变储能纳米复合材料。相变纳米复合材料的相变点为75.8℃,相变潜热达到了52.89J/g,具有良好的储热(放热)性能和热稳定性。热循环试验结果表明了相变纳米复合材料良好的热循环性能。
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