一种低熔点的传热储热材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低熔点的传热储热材料，其原料包括硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、氢氧化锂，所述原料经混合保温制备而成，各原料所占质量百分比为：硝酸锂30-40％，硝酸钠15-23％，硝酸钾40-48％，氢氧化锂1-2％。该低熔点传热储热材料具有相变潜热高、熔点低、液态流动性好，制备方法简单等特点，可广泛应用于工业热能回收利用、太阳能热利用等。

【技术实现步骤摘要】
一种低熔点的传热储热材料及其制备方法
本专利技术涉及一种低熔点的传热储热材料及其制备方法，应用于工业热能回收利用、太阳能热利用等。
技术介绍
能源是人类赖以生存的基础，随着全球工业化生产的加速发展，能源的开发利用与日益严重的环境污染问题越来越受到人们的关注。大力开发可再生能源是解决能源问题的重要途径。太阳能的热利用具有无限性、普遍性和环保性。将太阳辐射热能存储起来，等到需要的时候再释放出来进行利用，这是一个缓解能源紧张问题的有效途径。工业生产中也有大量的余热散失到环境中，如果将这些热量回收起来再利用，也可以大大提高能量利用效率。由此可见，传热与储热是热量收集和利用的重要环节。这个过程对相变储热材料的熔点、相变潜热、分解温度都有较高的要求。熔融盐具有相变潜热大、成本低、使用温度范围广、毒性小等优点，在传热储热领域有很大的研究价值。低熔点熔融盐可以降低其在流通管道中冻堵的风险。在发电系统或其他热利用系统启动时，可以大幅降低对管道预加热的电能使用量，降低生产成本。目前，较成熟的产品主要有SolarSalt(熔点为238℃，分解点为593℃)，Hitec(熔点为142℃，分解点为538℃)以及HitecXL(熔点133℃，分解点500℃)，这些盐已经被用在太阳能发电站中。但这些熔融盐的熔点仍然较高，使用过程中仍需较多的能量加热管道以防冻堵；同时，当熔点较低时，这些熔盐的分解点也迅速降低，在很大程度上影响了使用温度的上限。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种低熔点的传热储热材料及其制备方法，该低熔点传热储热材料相变温度低、相变潜热大、同时分解温度较高。本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：一种低熔点的传热储热材料，其原料包括硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、氢氧化锂，经所述原料混合保温制备而成。各原料所占质量百分比为：硝酸锂30-40％，硝酸钠15-23％，硝酸钾40-48％，氢氧化锂1-2％。按上述方案，所述的硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、氢氧化锂质量纯度均大于99.90％。上述低熔点的传热储热材料的制备方法，具体步骤如下：按质量百分比称取干燥的硝酸锂30-40％，硝酸钠15-23％，硝酸钾40-48％，氢氧化锂1-2％作为原料，混合研磨均匀后在升温至340℃-390℃进行第一阶段的保温，时间为2-5小时；然后再升温至670℃-730℃进行第二阶段的保温，时间为0.5-2小时，待冷却后即得到低熔点的传热储热材料。按上述方案，所述第一阶段的保温优选温度为380℃，时间为3小时；所述第二阶段的保温优选温度为680℃，时间为1.5小时。上述以无水硝酸盐为主的低熔点传热储热材料熔点为85℃-92℃，且在500℃以下的温度工作时能够长时间保持低熔点的性质，说明该高温传热材料可广泛应用于工业热能回收利用、太阳能热利用等。按上述方案，所述硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、氢氧化锂预先经过干燥处理；所述的混合可以采用机械混合的方法，使其尽量达到均匀即可；所述的保温分为两个阶段，第一阶段的保温的目的是通过自由扩散使熔融状态的原料充分混合均匀；第二阶段保温的目的是使混匀原料成分发生一定的高温变化。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：第一，本专利技术的创新性在于采用常用的硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、氢氧化锂，该体系具有熔点低、相变潜热大、高温稳定性强、毒性小、腐蚀性小等优点，可同时作为传热与储热材料使用，在提高了能量转换效率的同时降低了成本；第二，对于工作温度范围在500℃以下的热能利用方式，本专利技术中材料的液相工作温度范围能够与其较好的匹配，本专利技术特定组分组成的混合熔融盐能显著降低熔点，大幅降低了管道能耗。附图说明图1是实施例1所制备的低熔点的传热储热材料的DSC曲线。图2是实施例2所制备的材料的高温稳定性测试(1)的DSC曲线。图3是实施例2所制备的材料的高温稳定性测试(2)的DSC曲线。图4是对比例1所制备的材料的DSC曲线。图5是对比例2所制备的材料的DSC曲线。图6是实施例3所制备的低熔点的传热储热材料的DSC曲线。图7是实施例4所制备的低熔点的传热储热材料的DSC曲线。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。下述实施例中所用的硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、氢氧化锂质量纯度均大于99.90％。实施例中均采用德国NETZSCH公司生产的STA-449F3同步热分析仪测试材料的相变温度、相变潜热。实施例1一种低熔点的传热储热材料，其原料各组分所占质量百分比为：硝酸锂33.1％、硝酸钠20.7％、硝酸钾44.8％、氢氧化锂1.4％。制备方法：将以上原料经过烘干处理后研磨混合均匀后放入坩埚，置于电阻炉中，先从室温以20℃/分钟的速度升温至380℃下保温3小时，再以20℃/分钟的速度升温至680℃保温1.5小时；最后将坩埚从电阻炉中取出冷却，所得产物即低熔点的传热储热材料。采用德国NETZSCH公司生产的STA-449F3同步热分析仪测试本实施例制备的低熔点传热储热材料的相变温度、相变潜热，结果如图1所示，测试可知该相变储热材料的熔点为86.4℃，相变潜热为97.4J/g。该材料熔点较低，在应用时降低了管道冻堵的风险，而且作为相变材料时，单位质量的材料可以存储或释放较多的热量。实施例2一种低熔点的传热储热材料，其原料各组分所占质量百分比为：硝酸锂33.1％、硝酸钠20.7％、硝酸钾44.8％、氢氧化锂1.4％。制备方法：将以上原料经过烘干处理后研磨混合均匀后放入坩埚，置于电阻炉中，先从室温以20℃/分钟的速度升温至380℃下保温3小时，再以20℃/分钟的速度升温至680℃保温1.5小时；最后将坩埚从电阻炉中取出冷却，所得产物即低熔点的传热储热材料。高温稳定性测试1：将本实施例制备的材料置于550℃的环境下保温15小时，检测该材料的高温稳定性，结果如图2所示，该材料的熔点为115.6℃，相变焓为66.748J·g-1，说明采用该保温条件可以制得熔点较低的材料，但是在550℃下长时间保温后，材料的熔点明显上升，同时相变潜热也显著降低，说明材料在该温度下是不稳定的。高温稳定性测试2：将本实施例制备的材料置于500℃的环境下保温15小时，检测该材料的高温稳定性，结果如图3所示，该材料的熔点为88.9℃，相变焓为131.662J·g-1，说明采用该保温条件可以制得熔点较低的材料，经过500℃下长时间的保温，材料的相变潜热比未经此保温处理的高，有利于增加储热量，而且材料的熔点基本没有变化，说明材料在该温度下是稳定的。对于工作温度范围在500℃以下的热能利用方式，本专利技术中材料的液相工作温度范围能够与其较好的匹配，本专利技术特定组分组成的混合熔融盐能显著降低熔点，大幅降低了管道能耗。对比例1一种低熔点的传热储热材料，其原料各组分所占质量百分比为：硝酸锂33.1％、硝酸钠20.7％、硝酸钾44.8％、氢氧化锂1.4％。制备方法：将以上原料经过烘干处理后研磨混合均匀后放入坩埚，置于电阻炉中，从室温开始以20℃/分钟的速度升温至380℃下保温3小时，再将坩埚从电阻炉中取出冷却，得到产物即熔融盐材料。测试本对比例所的产物的相变温度、相变潜热，结果如图4所示，第二个吸热峰的起始点为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低熔点的传热储热材料，其特征在于其原料包括硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、氢氧化锂，所述原料经混合保温制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种低熔点的传热储热材料，其特征在于其原料由硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、氢氧化锂组成，由所述原料经混合、保温制备而成，所述的保温分为两个阶段，第一阶段的保温温度340℃-390℃，第二阶段的保温温度670℃-730℃；各原料所占质量百分比分别为：硝酸锂30-40％，硝酸钠15-23％，硝酸钾40-48％，氢氧化锂1-2％。2.根据权利要求1所述的一种低熔点的传热储热材料，其特征在于所述的硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、氢氧化锂质量纯度均大于99.90％。3.根据权利要求1所述的一种低熔点的传热储热材料，其特征在于它的熔点为85℃-92℃，且在500℃以下的温度工作时能够长时间保持低熔点的性质。4.根据权利要求1-3中的任意一项中所述的低熔点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程晓敏，朱闯，陶冰梅，李元元，朱教群，周卫兵，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42