一种粉煤灰基固-固复合相变储能发热材料及其制备方法技术

一种粉煤灰基固‑固复合相变储能发热材料及其制备方法，属于相变储能发热材料领域。该粉煤灰基固‑固复合相变储能发热材料包括：基体材料50～70％，无机复合相变材料为30～50％，粘结剂为1～3％；所述的基体材料为：粉煤灰为45～50％，铝渣为40～45％，铬铁矿砂为5～15％；所述的无机复合相变材料中，按质量比，氯化钠：氟氢化钾＝1:1。所述的粘结剂为水玻璃，水玻璃的质量浓度为10～20％，模数为3～3.5。其制备方法为：混合、压制、干燥、烧结，得到的材料在低温100℃～1000℃发生多次相变，连续放出相变潜热，总体放热量大，耐火度高达1790℃以上，荷重软化温度1600～1700℃，材料强度和导热等各项性能均达到预期目标。

A Fly Ash-based Solid-solid Composite Phase Change Heat Storage Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤灰基固-固复合相变储能发热材料及其制备方法
本专利技术属于相变储能发热材料
，具体涉及一种粉煤灰基固-固复合相变储能发热材料及其制备方法。
技术介绍
工业技术的发展造成的能源短缺以及环保问题加剧，各国已经开始重视可再生能源利用和回收废热，储热技术可用于解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，是提高能源利用效率和保护环境的有效手段，保温发热材料在电力的“移峰填谷”、太阳能利用、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑采暖与空调的节能等领域具有广泛的应用前景，已成为世界工业技术发展的方向。储热技术按存储热能的方式可被划分为三种：湿热储热、潜热储热及化学反应储热，由于相变储热材料单位质量的储热密度大，且可保持在其相变温度点附近进行吸放热，具有工作温度恒定等优点，许多学者针对相变材料的热物性质及其实际应用性能进行了相关研究。根据相变储能材料的相变形式，一般可以分为固-固相变、固-液相变、液-气相变和固-气相变，对于液-气相变和固-气相变，其相变潜热很大，但是相变物质的体积变化更大，一般在实际过程中，不采用，而固-固相变材料相比传统的固-液相变材料具有如下优势：(1)相变过程中无液相物质产生不致泄漏，便于盛装；(2)相变过程中由于膨胀系数小使其相变前后的体积变化较小；(3)过冷度较小且无相分离问题存在。但是，目前针对固-固相变储热材料的探讨较少，仍需更进一步的深入研究。对于固-固相变储能材料，主要有三类：(1)无机盐类，(2)多元醇类，(3)有机高分子类；对于无机盐类其主要利用无机盐的晶型变化进行吸热和放热，主要代表物质有层状钙铁矿、Li2SO4等，其相变温度高、适合高温范围内的储能和控温过程，不能完全满足实际需要。对于多元醇类，其相变焓大，相变温度适合中、高温储能，其性能稳定，但是易挥发损失。赵海东等公开了粉煤灰基高温复合相变蓄热材料的制备(参考文献：“粉煤灰基高温复合相变蓄热材料的制备”[J].山西大同大学学报(自然科学版).2016,(32)5,38-40)，其采用混合烧结法来制备粉煤灰基高温复合相变蓄热材料，具体步骤为：将粉煤灰高温灼烧去除碳和硫，清洗去除铁，作为基体材料，相变材料铝粉混合，加入PVA溶液混合后，压片，烧结冷却，制备出铝粉/粉煤灰基高温复合相变蓄热材料，该方法中，粉煤灰破裂为片状结构，烧制过程中，部分Al和Fe发生了相转移，晶型发生转变，但是该方法采用铝粉容易氧化，形成氧化铝，不能发生相转变，从而使得生成的产品不能作为相变蓄热材料。张焘等公开了无机盐/陶瓷基相变复合材料研究进展(参考文献：无机盐高温相变储能材料的研究进展与应用[J].无机盐工业，2008,(40)4,11-14)，指出该储能材料是由多微孔陶瓷基体和分布在基体微孔网络中的相变材料(无机盐)复合而成，由于毛细管张力作用，无机盐熔化后保留在基体内流不出来；使用过程中可以同时利用陶瓷基材料的显热又利用无机盐的相变潜热，而且其使用温度随复合的无机盐种类不同而变化，范围为450～1100℃，热值高达80-100kJ/kg。但是该方法制备的相变储能材料没有低温相变过程，并且重复使用会产生相变剂和陶瓷相的重力分层。华建社等将粉煤灰作为基体材料，并选取铝粉为相变材料用来制备高温复合相变蓄热材料(参考文献：粉煤灰制备高温复合相变蓄热材料的可行性研究[J]，热加工工艺，2013,(42)12.96～98.+101)。其中相变材料铝粉，利用铝粉固-液转变过程中伴随的能量吸收和释放而进行蓄热，550℃相变潜热到达35J/g；基体材料粉煤灰保持了相变材料的不流动性和可加工性，使复合蓄热材料整体上保持固体的形状和材料性能，并指出用这种材料来代替传统蓄热器和热风炉的耐火砖时，蓄热量增加到原来的2～2.5倍，如用热风炉，将使其体积减小35％，造价降低11％。但是铝相变材料，还原性强、熔点低，在高温阶段容易发生氧化反应，生成氧化铝，从而降低相变潜热的释放。吴胜利等利用氧化铝渣制备了耐火材料，并进行了性能分析，发现氧化铝渣的主要成分为氧化铝、氧化镁和氧化钙，以镁铝尖晶石和铝酸钙形式存在，并且耐火度高达1790℃，体积密度高达3.0g/cm3，吸水率小于3.0，水硬性良好，颗粒硬度与焦宝石接近，可以用作耐火骨料(参考文献：吴胜利，钒铁冶炼炉氧化铝渣用于耐火材料的性能分析[J].耐火与石灰，2014,(39)5,9～12,+16)。但是该方法制备的耐火材料并没有发热作用。CN103773318A公开了相变储能材料制备方法，该方法以石蜡为相变材料、改性粉煤灰为载体、无水乙醇为溶剂，采用溶液插层法合成了石蜡/改性粉煤灰相变储能材料。经过柠檬酸改性后的粉煤灰，骨架结构保持完整，不仅去除了其中杂质，而且对相变材料吸附能力有所改善。差示扫描量热结果表明，相变储能材料的熔化潜热值和熔化温度分别为327.85kJ/kg和53.63℃；红外(FT-IR)测试表明，储能材料化学稳定性良好，由于吸附后的石蜡与粉煤灰载体间具有很强的表面张力，可以有效防止熔化后石蜡从载体中流失。然而该相变剂熔点比较低，在高温时易气化，属于中低温相变储能材料。CN106867466A公开一种利用粉煤灰和水合无机盐合成无机相变储能材料的方法，属于无机非金属材料的合成
，粉煤灰与复合相变材料的组成按质量百分数表征为粉煤灰30～40％、复合相变材料60～70％。复合相变材料的组成为十水硫酸钠49～58％、十二水合磷酸氢钠21～36％、硼砂3～4％、水11～18％。合成的复合相变蓄热材料不分层、过冷度也得到缓解，性能稳定，重复性好，使用寿命延长，能够更好的应用于实际的建筑节能工程中。但是后续研究表明结晶水合盐在经历多次加热－冷却循环过程后会发生无机盐与水的分离现象，称之为相分离。主要由于结晶水合盐熔化过程中形成的无机盐在水中的溶解度会随温度的变化而变化，游离态的水有可能不足，使得无机盐完全溶解，便会有比液态水密度大的固态物质由于重力作用而沉降；如此，结晶水合盐在冷却结晶过程中由于已沉降的无机盐与游离态的水被固态无机盐隔离，而使得无机盐不能完全与水结合形成水合盐，蓄热系统在经过多次循环之后便丧失储热能力。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的相变剂液化和气化、分层、相分离和潜热过低、成本过高等问题。本专利技术提供了一种粉煤灰基固-固复合相变储能发热材料及其制备方法，该粉煤灰基固-固复合相变储能发热材料是粉煤灰和铝渣为基体，无机盐为相变材料以及水玻璃为粘结剂复合而成的，其原料有粉煤灰、铝渣、铬铁矿砂、氟氢化钾、氯化钠和水玻璃。本专利技术合成用的原料都是无机材料，性能稳定，腐蚀性小，对环境污染小，其中，粉煤灰属于电厂排放的固体废弃物，铝渣是炼钢厂和铸造厂的主要含有α-Al2O3、MgO、CaO等的固体废弃物。本专利技术仅采用简单混合烧结方法，且在低温100℃～1000℃发生多次相变，连续放出相变潜热，总体放热量大，耐火度高达1790℃以上，荷重软化温度1600-1700℃，材料强度和导热等各项性能均达到预期目标，可用于制造储能器保温砖和铸造保温发热冒口等方面材料，未来在储能制造领域应用有前景广阔，具有较高的经济价值和绿色可持续发展的环境意义。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的一种粉煤灰基固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉煤灰基固‑固复合相变储能发热材料，其特征在于，该粉煤灰基固‑固复合相变储能发热材料包括的原料组分及各个原料组分的质量百分比为：基体材料50～70％，无机复合相变材料为30～50％，粘结剂为1～3％；所述的基体材料包括的成分及各个成分的质量百分比为：粉煤灰为45～50％，铝渣为40～45％，铬铁矿砂为5～15％；所述的无机复合相变材料包括氯化钠和氟氢化钾，按质量比，氯化钠：氟氢化钾＝1:1；所述的粘结剂为水玻璃，水玻璃的质量浓度为10～20％，模数为3～3.5。

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰基固-固复合相变储能发热材料，其特征在于，该粉煤灰基固-固复合相变储能发热材料包括的原料组分及各个原料组分的质量百分比为：基体材料50～70％，无机复合相变材料为30～50％，粘结剂为1～3％；所述的基体材料包括的成分及各个成分的质量百分比为：粉煤灰为45～50％，铝渣为40～45％，铬铁矿砂为5～15％；所述的无机复合相变材料包括氯化钠和氟氢化钾，按质量比，氯化钠：氟氢化钾＝1:1；所述的粘结剂为水玻璃，水玻璃的质量浓度为10～20％，模数为3～3.5。2.如权利要求1所述的粉煤灰基固-固复合相变储能发热材料，其特征在于，所述的粉煤灰包括的粒度及各粒度的质量百分比为：50～140目粒度的粉煤灰为30～40％，140～200目粒度的粉煤灰为30～40％，大于200目以上粒度的粉煤灰为20～40％，所有目数粒度的粉煤灰的质量百分比为100％。3.如权利要求1所述的粉煤灰基固-固复合相变储能发热材料，其特征在于，所述的铝渣包括的粒度及各个粒度的质量百分比为：10～50目粒度的铝渣为40～50％，50～100目粒度的铝渣为40～50％，大于100目粒度的铝渣为5～20％，所有目数粒度的粉煤灰的质量百分比为100％；所述的铝渣包括的成分及各个成分的质量百分比为：α-Al2O3为40～70％、MgO为20～30％、CaO为10～20％，余量为杂质。4.如权利要求1所述的粉煤灰基固-固复合相变储能发热材料，其特征在于，所述的铬铁矿砂包括的粒度及各个粒度的质量百分比为：4～10目粒度的铬铁矿砂为40～50％，10～50目粒度的铬铁矿砂为30～40％，大于50目粒度的铬铁矿砂为10～30％，所有目数粒度的粉煤灰的质量百分比为100％；所述的铬铁矿砂中，氧化铬的质量百分比≥70％。5.如权利要求1～4任意一项所述的粉煤灰基固-固...

【专利技术属性】
技术研发人员：马壮，李贵茂，
申请(专利权)人：辽宁科技学院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21