一种硫化铜‑羧基化碳纳米管/石蜡光热转换相变储能复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硫化铜‑羧基化多壁碳纳米管/石蜡光热转换相变储能复合材料制备方法：将氧化铜、升华硫、油酸、羧基化碳纳米管与石蜡混合，在150～200℃下，连续搅拌反应2～5h，所得产物即为硫化铜‑羧基化多壁碳纳米管/石蜡复合材料；所述的氧化铜与升华硫、油酸的物质的量之比为1:2～4：0.7～7；所述的羧基化碳纳米管与氧化铜的质量比为1～4：1，所述石蜡与氧化铜的质量比为31～97：1。本发明专利技术方法制备操作简单，绿色环保，设备要求低，成本低廉，提高了复合相变材料的热导率和光热转化性能。

A copper sulfide carboxylated carbon nanotubes / paraffin thermal energy storage phase change composite material preparation method

The invention discloses a copper sulfide carboxylated multi walled carbon nanotubes / paraffin thermal phase change energy storage composite material preparation method: copper oxide, sulfur, oleic acid, Carboxylic Carbon Nanotubes and paraffin mixture at 150 DEG to 200 DEG C, continuous stirring for 2 ~ 5h, the obtained product is copper sulfide carboxyl multi walled carbon nanotubes / paraffin composites; oleic acid copper oxide and sublimed sulfur, the molar ratio of 1:2 to 4:0.7 ~ 7; the quality of the carboxylated carbon nanotubes and copper oxide is 1 ~ 4:1, the quality of the paraffin and copper oxide ratio 31 ~ 97:1. The method has the advantages of simple preparation, green environmental protection, low equipment requirements and low cost, which improves the thermal conductivity and photothermal conversion performance of the composite phase change material.

【技术实现步骤摘要】
一种硫化铜-羧基化碳纳米管/石蜡光热转换相变储能复合材料的制备方法(一)
本专利技术涉及一种储能材料，特别涉及一种具有光热转变功能的纳米强化相变储能复合材料，即硫化铜修饰羧基化碳纳米管/石蜡光热转换相变储能材料的制备方法。(二)
技术介绍
随着人口的日益增长与经济的快速发展，能源需求高于能源产生，这种不匹配问题迫使研究人员开发新能源或储存可用能源。太阳是一种取之不尽的可再生能源，但这种能源仅在白天可用，这促使热能储存系统的发展。热能储存作为一种重要的能源储存方式之一，可以弥补供热不平衡，降低成本，减少二氧化碳的排放量以降低对环境的污染。其三种主要方式分别为显热热能储存，潜热热能储存和热化学热能储存。其中潜热热能储存与其他两种方式相比由于其储能密度高，相变过程几乎恒温等特点更受研究人员的青睐。潜热热能储存通过利用相变材料在相变过程中吸收或释放大量的热量来储存或释放热量。基于相变材料的热能储存已广泛应用于建筑节能、废热回收、太阳能供热系统等领域。目前，许多材料作为候选相变材料已被深入研究，其大致可分为有机和无机相变材料。由于无机相变材料过冷度大、强腐蚀性等缺点使其在热能储能系统中很少使用。反之，大多数有机相变材料过冷度低、无腐蚀性、价格便宜且无相分离，其中石蜡由于其化学稳定性好、储能密度高、无腐蚀性等优异性能被应用于商业热储存。然而，热导率低和光热转换性能差作为石蜡主要缺点限制其在太阳能热能储存系统中广泛应用。提高石蜡热导率的方法之一是向石蜡基质中加入导热填料。其中碳纳米管由于其热导率高、密度低、化学惰性等特点被深入研究。例如：Tang等【TangQ,SunJ,YuS,etal.Improvingthermalconductivityanddecreasingsupercoolingofparaffinphasechangematerialsbyn-octadecylamine-functionalizedmulti-walledcarbonnanotubes[J].RscAdvances,2014,4(69):36584-36590.】将用混酸处理后的质量分数为1％，5％，10％的碳纳米管掺入石蜡中，研究发现石蜡的热导率由0.285W·m-1K-1增加到0.369，0.467和0.532W·m-1K-1。Wang等【WangJ,XieH,XinZ.Thermalpropertiesofparaffinbasedcompositescontainingmulti-walledcarbonnanotubes[J].ThermochimicaActa,2009,488(1):39-42.】将质量分数为2％的多壁碳纳米管加入石蜡中，研究发现复合材料液态和固态热导率分别提高35％，44％。另一方面，为了提高石蜡的光热转换性能，研究人员作出许多努力。例如：Zhang等【ZhangQ,WangH,LingZ,etal.RT100/expandgraphitecompositephasechangematerialwithexcellentstructurestability,photo-thermalperformanceandgoodthermalreliability[J].SolarEnergyMaterials&SolarCells,2015,140:158-166.】将质量分数为80％的膨胀石墨加入RT100中，采用自组装光-热转换测试装置进行光热转换性能测试，研究发现从室温升至110℃，复合材料所需时间与RT100相比减少了74.9％。然而，关于硫化铜加入石蜡中以提高石蜡的光热转换性能却鲜有报道。本专利技术利用硫化铜的高光吸收能力和羧基化碳纳米管的高导热系数，有望同时提高石蜡的光热转换性能与导热性能。将这种纳米金属硫化物/碳纳米管复合颗粒分散到具有固-液相变性质的石蜡中所制备相变储能复合材料的研究还未见报道。(三)
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种以熔化液态石蜡为加热溶剂，以油酸为分散稳定剂，单步制备硫化铜-羧基化碳纳米管/石蜡复合材料的方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种硫化铜-羧基化碳纳米管/石蜡光热转换相变储能复合材料的制备方法，所述的制备方法具体如下步骤进行：将氧化铜、升华硫、油酸、羧基化碳纳米管与石蜡混合，在150～200℃下，连续搅拌反应2～5h，所得产物即为硫化铜-羧基化多壁碳纳米管/石蜡复合材料；所述的氧化铜与升华硫、油酸的物质的量之比为1:2～4：0.7～7；所述的羧基化碳纳米管与氧化铜的质量比为1～4：1，所述石蜡与氧化铜的质量比为31～97：1。本专利技术所述石蜡为单一熔点(常用石蜡为熔点分别为52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃、70℃的石蜡)、具有单一控温范围的混合蜡或由多种单一熔点石蜡调配而成且具有多种控温范围的混合蜡,本专利技术所述石蜡的熔点为52～70℃。进一步，所述搅拌速度为200～400转/分。进一步，作为优选，所述反应温度为180℃，反应时间为3.5h。进一步，作为优选，所述的氧化铜与升华硫、油酸的物质的量之比为1：2：6。进一步，作为优选，所述的羧基化碳纳米管与氧化铜的质量之比为3.8:1。进一步，作为优选，所述的石蜡与氧化铜的质量之比为96.5:1。再进一步，推荐本专利技术所述方法按如下步骤进行：将氧化铜、升华硫、油酸、羧基化碳纳米管与石蜡混合，在180℃下，连续搅拌反应3.5h，所得产物即为硫化铜-羧基化多壁碳纳米管/石蜡复合材料；所述的氧化铜与升华硫、油酸的物质的量之比为1：2：6；所述的羧基化碳纳米管与氧化铜的质量之比为3.8:1；所述的石蜡与氧化铜的质量之比为96.5:1。本专利技术利用自制光热转换测定装置对硫化铜-羧基化碳纳米管/石蜡光热转换相变储能复合材料进行性能测定。所述的光热转换测定装置由反光隔离系统(f)，T型热电偶(c)，数据采集器(b)与电脑终端系统(a)组成，所述的反光隔离系统(f)由隔热及光密闭的箱体，安装在所述箱体内的模拟光源(e)，正对光源安置的透明的微载物原型器(d)组成，所述的模拟光源(e)与外置电源(g)连接，所述的透微载物原型器(d)与T型热电偶(c)连接，数据采集器(b)采集T型热电偶(c)输入微机处理器通过ChromaeLV软件转换成可读信号。本装置采用热压成型工艺，将复合材料装入8ml透明微载物原型器，用于测量复合材料的光热转换性能。本装置在进行时间-温度测试时，数据采集时间间隔为1s，T型热电偶测量精度为±0.1℃。与现有技术相比，本专利技术的有益效果主要体现在：(1)该方法将硫化铜-羧基化碳纳米管分散于石蜡基体中,省去了硫化铜-羧基化碳纳米管的收集和存放环节，方法简单、绿色环保，设备要求低且成本低廉；(2)利用分散稳定剂-油酸的静电位阻稳定效应和空间位阻效应使硫化铜-羧基化碳纳米管分散于石蜡基体中,利硫化铜-羧基化碳纳米管在热蜡液中的布朗运动改善因悬殊比重差异而引起的粒子沉淀,同时,硫化铜-羧基化碳纳米管的微运动又增强纳米粒子与石蜡基体间的能量传递过程,因此增大复合相变材料的热导率和吸光性,提高相变复合材料的导热性能和光热转化性能。(四)附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫化铜‑羧基化碳纳米管/石蜡光热转换相变储能复合材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体如下步骤进行：将氧化铜、升华硫、油酸、羧基化碳纳米管与石蜡混合，在150～200℃下，连续搅拌反应2～5h，所得产物即为硫化铜‑羧基化多壁碳纳米管/石蜡复合材料；所述的氧化铜与升华硫、油酸的物质的量之比为1:2～4：0.7～7；所述的羧基化碳纳米管与氧化铜的质量比为1～4：1，所述石蜡与氧化铜的质量比为31～97：1。

【技术特征摘要】
1.一种硫化铜-羧基化碳纳米管/石蜡光热转换相变储能复合材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体如下步骤进行：将氧化铜、升华硫、油酸、羧基化碳纳米管与石蜡混合，在150～200℃下，连续搅拌反应2～5h，所得产物即为硫化铜-羧基化多壁碳纳米管/石蜡复合材料；所述的氧化铜与升华硫、油酸的物质的量之比为1:2～4：0.7～7；所述的羧基化碳纳米管与氧化铜的质量比为1～4：1，所述石蜡与氧化铜的质量比为31～97：1。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石蜡的熔点为52～70℃。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌速度为200～400转/分。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应温度为180℃，反应时...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌，张彩霞，周静，倪忠进，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33