一种可调控的TiO2—Au复合水基纳米流体及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种可调控的TiO2—Au复合水基纳米流体及其制备方法，通过调控三氯化钛溶液和不同质量分数(0.006%~0.05%)的金纳米流体的体积比(1:1~1:20)实现不同效果的复合。当三氯化钛溶液与质量分数为0.01%的金纳米流体的体积比为1:5，180℃下反应24小时后，所形成的纳米流体能稳定存在15天，其导热系数比水的导热系数提高48.37%，比单一组分的Au纳米流体和TiO2纳米流体分别提高16.01%和35.15%。本发明专利技术所制备的复合水基纳米流体导热系数高，悬浮稳定性好且工艺简单，扩大了纳米流体在换热系统中的应用范围。

A regulated TiO

The present invention provides a controllable TiO

【技术实现步骤摘要】
一种可调控的TiO2—Au复合水基纳米流体及其制备方法
本专利技术涉及一种可调控的TiO2—Au复合水基纳米流体及其制备方法，作为一种高效换热介质应用在换热领域。技术背景换热设备作为一种能量转换装置，广泛应用于炼油、化工、轻工、制药、机械、食品加工、动力以及原子能工业部门当中。换热设备的应用如此广泛，它的传热效率直接影响到整个系统中能量的利用率，而传热介质的导热性能又是换热器传热性能大小的决定性因素。所以提高传热介质的导热性能，提高能源利用率，才是实现节能减排、保护环境的最主要途径。在传热领域，纳米流体的研究目标是以最小的浓度和最稳定的悬浮粒子得到最高可能的传热性能。目前，液体传热介质的种类主要是以水和乙二醇为主，且组分较为单一，难以满足理想的纳米流体应该具备的条件，如：高热导率，低黏性，良好的稳定性和兼容性，且经济廉价。二氧化钛具有较高的导热系数，传热良好，具有无毒、低价实用和原料易得的优点，所以把纳米二氧化钛均匀分散到水中制备纳米流体，以提高系统导热性能的研究很有价值。Au纳米流体在室温下的导热系数较好,即使在非常低的浓度下换热性能也比其他工作流体在相对高的浓度下好得多，因此受到了广泛的关注。但是纳米金相对昂贵且具有很高的表面活性，添加量比较多的情况下容易发生团聚甚至沉降。因此，将TiO2纳米流体与水基Au纳米流体按相应比例混合制得复合纳米流体从而扩大应用范围。复合纳米流体由于其各组分间具有特殊的接触界面，彼此的物理和化学性质差异显著，因而构成一个独特、多功能、可调控性能的复合系统。纳米流体的制备与特性仍处在研究阶段，在进入产业化应用之前需要优化各种因素，将复合纳米材料的制备与纳米流体性质结合有可能成为增强新型换热工质效能的有效途径之一，从而使新型高效纳米流体在太阳能热发电、工业余热回收等储热传热领域发挥重大作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述单一组分纳米流体存在不足，通过改变三氯化钛溶液与水基Au纳米流体的体积比，来获得导热系数高，悬浮稳定性好且工艺简单的复合纳米流体。为实现本专利技术的目的，本专利技术的技术方案如下：一种可调控的TiO2—Au复合水基纳米流体：(1)将Au纳米溶液与适量去离子水混合，搅拌均匀并超声振动制得Au纳米流体；(2)在常温下，按一定体积比将三氯化钛溶液缓慢滴加到(1)形成的Au纳米流体中，搅拌均匀后，放入反应釜内，在一定温度下反应一段时间后，用去离子水和酒精各洗3遍得到复合纳米颗粒的溶液，将所得该溶液烘干后，得到TiO2—Au复合纳米颗粒；(3)把步骤(2)中TiO2—Au复合纳米颗粒加入到去离子水中，超声振动制得复合纳米流体。本专利技术所述Au颗粒的形状为球形，粒径为6~10nm。本专利技术所述步骤(1)所用Au纳米溶液的浓度为0.2g/L。本专利技术所述步骤(1)中超声振动时间为1~5小时。本专利技术所述步骤(1)中制得中Au纳米流体中Au纳米颗粒的质量分数为0.006%~0.05%。本专利技术所述步骤(2)中三氯化钛溶液钛含量为14.5%。本专利技术所述步骤(2)中三氯化钛溶液与Au纳米流体的体积比为1:1~1:20。本专利技术所述步骤(2)中搅拌时间为30~90分钟。本专利技术所述步骤(2)反应温度为160~200℃，反应时间24~36小时。烘干温度为80℃。本专利技术所述步骤(2)中形成TiO2纳米颗粒的形状为棒状(长度为150nm~300nm)。通过控制反应温度及时间来调控生成TiO2纳米棒的长度。附图说明图1为步骤(3)中所形成的TiO2—Au复合水基纳米流体示意图。其中：1，金纳米颗粒；2，TiO2纳米棒；3，水分子。具体实施方式实施例1将0.2g/L的Au纳米溶液与去离子水混合，使得Au纳米颗粒含量为0.006%，超声振动3小时制得Au纳米流体。常温下，将三氯化钛溶液和此纳米流体按1:3的体积比例混合，搅拌20分钟。待均匀后，放入反应釜内，160℃下反应24个小时。所得溶液用水和酒精各洗3遍后烘干。加入去离子水，使Au纳米颗粒含量仍维持为0.006%。所形成的纳米流体能稳定存在34天，其导热系数比水的导热系数提高28.51%，比单一组分同质量分数的Au纳米流体和TiO2纳米流体分别提高6.73%和15.78%。实施例2将0.2g/L的Au纳米溶液与去离子水混合，使得Au纳米颗粒含量为0.006%，超声振动3小时制得Au纳米流体。常温下，将三氯化钛溶液和此纳米流体按1:3的体积比例混合，搅拌20分钟。待均匀后，放入反应釜内，200℃下反应24个小时。所得溶液用水和酒精各洗3遍后烘干。加入去离子水，使Au纳米颗粒含量仍维持为0.006%。所形成的纳米流体能稳定存在27天，其导热系数比水的导热系数提高33.53%，比单一组分同质量分数的Au纳米流体和TiO2纳米流体分别提高8.69%和21.38%。实施例3将0.2g/L的Au纳米溶液与去离子水混合，使得Au纳米颗粒含量为0.01%，超声振动5小时制得Au纳米流体。常温下，将三氯化钛溶液和此纳米流体按1:5的体积比例混合，搅拌40分钟。待均匀后，放入反应釜内，180℃下反应24个小时。所得溶液用水和酒精各洗3遍后烘干。加入去离子水，使Au纳米颗粒含量为仍维持为0.01%。所形成的纳米流体能稳定存在15天，其导热系数比水的导热系数提高48.37%,比单一组分的Au纳米流体和TiO2纳米流体分别提高16.01%和35.15%。实施例4将0.2g/L的Au纳米溶液与去离子水混合，使得Au纳米颗粒含量为0.05%，超声振动7小时制得Au纳米流体。常温下，将三氯化钛溶液和此纳米流体按1:7的体积比例混合，搅拌60分钟。待均匀后，放入反应釜内，200℃下反应36个小时。所得溶液用水和酒精各洗3遍后烘干。加入去离子水，使Au纳米颗粒含量仍维持为0.05%。所形成的纳米流体能稳定存在20天，其导热系数比水的导热系数提高50.53%，比单一组分的Au纳米流体和TiO2纳米流体分别提高23.56%和39.55%。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调控的TiO

【技术特征摘要】
1.一种可调控的TiO2—Au复合水基纳米流体制备方法，其特征在于，包括如下步骤:(1)将Au纳米溶液与适量去离子水混合，超声振动制得Au纳米流体；(2)在常温下，将一定体积的三氯化钛溶液缓慢滴加到(1)形成的Au纳米流体中，按一定体积比例混合，搅拌均匀后，放入反应釜内，在一定温度下反应一段时间后，用去离子水和酒精各洗3遍得到复合纳米颗粒的溶液，将所得该溶液烘干后，得到TiO2—Au复合纳米颗粒；(3)把步骤(2)中TiO2—Au复合纳米颗粒加入到去离子水中，超声振动制得复合纳米流体。2.根据权利要求书1所述的可调控的TiO2—Au复合水基纳米流体，其特征在于，所述复合纳米流体添加物为二氧化钛和金颗粒的混合物。3.根据权利要求书2所述的可调控的TiO2—Au复合水基纳米流体，其特征在于，所述Au颗粒的形状为球形，粒径为6~10nm;所用Au纳米溶液的浓度为0.2g/L。4.根据权利要求书1所述的可调控的TiO2—Au复合水基纳米流体，其特征在于，所述步骤(1)中超声振动时间为1~5小时。5.根据权利要求书1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李月，赵蔚琳，李金凯，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37